第 1 章 绪论
1.1引言
目前，国外已系统掌握了上述冷滚轧的工艺与模具的数字化设计与制造，制模速度快、加工精度高、模具寿命长。在国内如何实现冷滚轧模具数字化设计与制造，扩大冷滚轧模具的生产能力，对推动冷滚轧技术在机械制造行业中的快速发展具有重要的现实意义和应用价值。燕山大学于上世纪九十年代初至中期，先后与唐山齿轮厂、渐江万向机械公司进行合作，对企业提出的精密冷滚轧技术项目进行攻关，得到较为理想结果，并成功应用到实际生产中。唐山齿轮厂的攻关项目是《轻型汽车变速箱输出轴渐形成花键冷滚轧模具的设计与制造》。根据输出轴渐开线花键的技术参数，首先确定轴坯直径尺寸，然后设计模具各段齿形，并编制出数控加工齿形的程序。研制开发的模具经该厂精密检测后，其技术指标与进口模具相近，模具精度达到进口模具水平。
随后将模具装在该厂进口冷滚轧机床上进行批量生产，所成形的花键精度稳定性达到产品技术要求，模具使用寿命超过 6 万次以上。浙江万向机械公司的攻关项目是《富康轿车等速万向节渐开线花键与螺纹的冷滚轧工艺和模具》。由于所滚轧的花键为奇数齿，而滚轧螺纹在国内尚属首次，模体采用国产模具材料试制，研发的模具在该公司进口冷滚轧机床上进行花键加工，成形后的花键参数达到技术要求，螺纹则完全通过技术检验，并用于产品批量生产。通过上述两个项目的技术攻关，验证了冷滚轧工艺参数计算和模具齿形设计的可靠性；所研发的模具花键齿形的 CAD/CAM 软件，在生产中得到应用，取得了较好的效果。
1.2 常用冷滚轧方法
1.2.1 采用滚轮进行冷滚轧滚轮
冷滚轧成形的工作原理如图 1-2 所示，滚轮 2 分别安装在滚轮轴 3 上，滚轮的数量与花键的齿数相同。当压力机强制推动工件从滚轮之间通过时，滚轮便自由滚动而压入工件的表面，并轧出花键齿形。只需压力机一次工作行程便可轧制出花键轴全部齿形。
这种工艺可生产齿数少于 20 的渐开线花键轴，直角形花键轴。和切削加工比较，生产率可提高 6 倍，制件强度提高 20%左右，表面光洁度达到 8~9 级。
第 2 章 渐开线花键轴冷滚轧模具 CAPP 系统总体结构
2.1 引言
计算机辅助工艺规划 CAPP 是指利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件，这一过程称为计算机辅助工艺规划。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息(形状、尺寸等)和工艺信息(材料、热处理、批量等)，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。
随着科学技术特别是计算机和信息技术的飞速发展，CAPP 已经成为现代模具设计制造的重要支撑技术。模具 CAPP 包含了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程(CAE)、人工智能(AI)等一系列技术。随着世界经济一体化和全球化的发展，制造业市场竞争更加激烈，产品更新周期不断加快，用户需求趋于多样化和个性化，这些竞争因素都对制造业提出了新的挑战，为了满足快速多变的市场需求，传统的模具设计与制造技术必须加以改进，目前，国内外模具制造业广泛采用数字化设计及数字化制造技术，而作为数字化设计及数字化制造桥梁的 CAPP 技术的开发、应用、发展受到业界广泛重视，并投入大量人力、财力进行相关方面的研究。
第3章 冷滚轧成形模具的参数化设.................... 32-54
3.1 渐开线花键轴冷滚轧成形技术 ....................32
3.2 冷滚轧花键轴模具结构特点 ....................32-36
3.3 渐开线花键轴冷滚轧模具传统....................36-39
3.4 冷滚轧渐开线花键轴模具的反....................39-53
3.5 本章小结.................... 53-54
第4章 花键轴冷滚轧成形数值模拟模块.................... 54-70
4.1 弹塑性有限元数值模拟概述 ....................54-59
4.2 MSC.MARC有限元软件介绍.................... 59-60
4.3 渐开线花键轴冷滚轧成形数值模拟.................... 60-68
4.4 渐开线花键轴冷滚轧成形模拟精度.................... 68
4.5 本章小结.................... 68-70
第5章 设备力能参数智能分析模.................... 70-95
5.1 引言 ....................70-71
5.2 设备力能参数的理论建模 ....................71-79
5.3 设备力能参数的智能模型建立 ....................79-84
5.4 BP 网络的改进方法.................... 84-87
5.5 渐开线花键轴冷滚轧BP 网络.................... 87-93
5.6 本章小结 ....................93-95
结论
随着计算机技术和现代工业的飞速发展，为了提高工艺设计质量及工艺快速反应能力，伴随 CAPP 系统各种支撑理论和技术不断成熟和完善，CAPP 系统正朝着知识化、智能化、工具化、工程化、集成化、网络化等方向发展。现代 CAPP 系统的实施不仅仅要解决工艺的设计与管理问题，同时还要解决与其它数据管理系统进行数据集成的问题，是产品设计和生产经营管理实现信息集成的关键性环节。针对花键轴冷滚轧成形模具 CAPP 系统的特性，本文提出了模具 CAPP 系统的整体架构。现阶段，课题重点研究、分析了模具 CAPP 系统中各功能模块（CAD、CAM、CAE、AI）的结构、功能及其实现方法，说明了参数化设计、数字化制造、有限元数值模拟、人工智能技术是模具 CAPP 系统有机组成部分。本文对各功能模块的研究与实施，为后续模具 CAPP 系统整体集成打下了坚实基础，该课题的研究对推动冷滚轧技术在机械制造行业中的快速发展具有重要的现实意义。本文的主要研究内容和结论如下：
(1)模具 CAPP 系统在数字化设计、数字化制造环节中具有十分重要的地位，为了使该课题研究成果在实际生产中得以推广应用。本文提出了花键轴冷滚轧成形模具 CAPP 系统的整体架构，以及架构内部各功能模块的功能、特点及其实现方法。
(2)采用先进 CAD 技术，基于冷滚轧模具关键参数的反推法设计，在 VB 环境下应用 Pro/E、AGW 软件实现了冷滚轧模具参数化、系列化设计。
(3)为了进一步验证冷滚轧模具设计的可行性，对所设计的渐开线花键轴冷滚轧CAD 模具在大型有限元软件 MARC 环境里进行花键轴成形模拟，分析了渐开线花键冷滚轧模具设计参数与花键成形精度的关系，总结了在每个成形阶段金属的流动规律和应力应变特点，通过对模拟成形齿形与理论齿形对比，结果较为满意。
(4)为了建立渐开线花键轴冷滚轧成形过程中力能参数智能分析模型，为模具整体设计、冷滚轧机床本体制造提供可靠的设计依据，针对花键弹塑性成形过程中的非线性大变形特点，采用 BP 神经网络实现了具有泛化功能的渐开线花键轴冷滚轧成形过程的模型辨识。
参考文献
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