SolidWorks的直齒圓柱齒輪精鍛模設(shè)計(jì)

2013-05-23  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線

作者: 上官林建 韋樂(lè)余 李剛 姚林曉 譚群燕 來(lái)源: 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 直齒圓柱齒輪 精鍛模 SolidWorks 

結(jié)合直齒圓柱齒輪精鍛模的設(shè)計(jì),介紹了利用SolidWorks軟件完成模具設(shè)計(jì)的基本方法和一般步驟,并對(duì)所設(shè)計(jì)的直齒圓柱齒輪精鍛模制作過(guò)程和特點(diǎn)進(jìn)行了分析。

某機(jī)械傳動(dòng)直齒圓柱齒輪模數(shù)為3,齒數(shù)為27,壓力角α為200,精度等級(jí)為8級(jí),材料為40Cr;原采用切削加工工藝進(jìn)行生產(chǎn),具有生產(chǎn)效率低,材料利用率低、切斷齒形纖維組織等缺陷。為提高其力學(xué)性能,利用模具來(lái)生產(chǎn)該齒輪,從而使金屬齒形流線得到保留,分布更為合理。
   
以往只是借助CAD繪圖工具來(lái)進(jìn)行鍛模設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)鍛件圖、計(jì)算下料質(zhì)量和坯料尺寸等工作還由設(shè)計(jì)人員查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行近似計(jì)算。目前,三維設(shè)計(jì)已廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域,它具有設(shè)計(jì)直觀、減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、便于修改等優(yōu)點(diǎn)。所以利用SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)完成該齒輪及其模具的設(shè)計(jì)。
   
    1齒輪工藝設(shè)計(jì)
   
根據(jù)齒輪的使用要求,可有兩種成形方案。
   
兩火兩鍛法 下料-加熱(850±10°C)-墩粗-預(yù)鍛-切飛邊-空冷、噴砂清理-加熱到(850±10°C)-終鍛-精整-機(jī)加工圓孔和鍵槽-檢驗(yàn)-入庫(kù)。
   
溫鍛成形冷鍛精整法下料-加熱至(850±10°C)-墩粗-預(yù)鍛-料箱內(nèi)堆冷至室溫-清理-磷化皂化-終鍛-精整-檢驗(yàn)-入庫(kù)。
   
對(duì)比以上兩種工藝,第一種采用兩次加熱,其氧化與冷卻收縮量的波動(dòng)將影響齒輪精度,齒面粗糙度大,而且增加廠工序和加熱設(shè)備,生產(chǎn)成本較高;第二種采用溫鍛成形增大廠終鍛壓力,但消除廠終鍛溫度的波動(dòng)和高溫氧化對(duì)產(chǎn)品的影響因素,進(jìn)一步提高廠鍛造齒輪的精度,降低廠齒面粗糙度綜上分析,決定采用溫鍛成形冷鍛精整工藝。
   
    2齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)
   
由于齒輪形狀復(fù)雜,首先利用SolidWorks軟件的特征建模技術(shù)建立設(shè)計(jì)齒輪的三維模型,也可利用專(zhuān)門(mén)的齒輪繪制插件Geartrax來(lái)生成所需的齒輪模型;其次進(jìn)行鍛件圖的設(shè)計(jì),鍛件圖是確定模鍛工藝和設(shè)計(jì)鍛模的依據(jù)。以往鍛件圖的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員根據(jù)零件圖查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后再繪制的,利用現(xiàn)在三維設(shè)計(jì)手段只需要在原齒輪零件尺寸上加上一定的鍛造余量,對(duì)該齒輪來(lái)說(shuō),單邊余量留1 mm,通過(guò)更改相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù),即可得到齒輪鍛件的三維模型,借助質(zhì)量特性功能,自動(dòng)得到該齒輪工件和鍛件的質(zhì)量、體積數(shù)值(見(jiàn)圖1),減輕手工計(jì)算的工作量,同時(shí)使計(jì)算更為準(zhǔn)確,便于精確地下料。
   

3齒輪終鍛模設(shè)計(jì)
   
    3.1凸、凹模設(shè)計(jì)
   
終鍛型腔是鍛件最后成形的型腔,其尺寸、尺寸精度和表面粗糙度由齒輪鍛件的需求決定在SolidWorks軟件中提供廠模具設(shè)計(jì)功能,把齒輪鍛件模型作為模芯置人實(shí)體模型中,利用"型腔"特征去掉實(shí)體模型中的模芯部分,得到空心模腔,然后確定分模面,曲面切割實(shí)體,得到凸、凹模兩個(gè)三維零件圖,最后確定模塊尺寸,完成鍛模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這種設(shè)計(jì)方法不僅能加快設(shè)計(jì)進(jìn)度,而且保證廠設(shè)計(jì)的精度,對(duì)精密成形模具設(shè)計(jì)尤為重要。
   
為了改善凹模的承載能力以及獲得良好的鍛件性能,設(shè)計(jì)時(shí)采用雙層組合式凹模,使齒輪凹模具有很高的強(qiáng)度、很強(qiáng)的承載能力。
   
    3.2裝配圖設(shè)計(jì)
   
目前,SolidWorks軟件支持"自上而下"和"自下向上"。兩種產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程"自上而下"是指先確定產(chǎn)品總體的基本結(jié)構(gòu),從裝配體到零部件的設(shè)計(jì)方式;"自下向上"是指從單一的零件個(gè)體著手,在完成零件設(shè)計(jì)后進(jìn)行裝配,最后完成整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方式我們采用"自上而下"的設(shè)計(jì)方法,即:先設(shè)計(jì)齒輪精鍛模的裝配部分,然后把各個(gè)零件按相應(yīng)的裝配關(guān)系組成裝配圖,進(jìn)行干涉檢查,等到裝配關(guān)系合格,再對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。
   
由于傳統(tǒng)的鍛模結(jié)構(gòu)存在鍛件填充性差、變形抗力大等缺陷,為改善齒部的充填性能,降低變形抗力,采用浮動(dòng)凹模代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固定凹模,改善模膛的充填性該模具工作部分主要由凸模、上模、下模和浮動(dòng)凹模組成,并具有一定的通用性,只要改變浮動(dòng)凹模的形狀和尺寸就可用丁其它型號(hào)的圓柱齒輪生產(chǎn)。
   
    3.3工作過(guò)程模擬
   
SolidWorks軟件內(nèi)嵌集成了COSMOSMotion全功能運(yùn)動(dòng)仿真軟件,利用該插件建立齒輪精鍛模的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型,動(dòng)畫(huà)模擬模具成形加工運(yùn)動(dòng)過(guò)程,并測(cè)量凸模上任何點(diǎn)的速度和加速度以及凹模所受的作用力和力矩,得到運(yùn)動(dòng)曲線和約束支反力,保證所設(shè)計(jì)的齒輪精鍛模運(yùn)行穩(wěn)定而且可靠在運(yùn)動(dòng)仿真時(shí),還對(duì)零件進(jìn)行廠動(dòng)態(tài)干涉檢查,對(duì)零件的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)最后還錄制廠模具拆裝動(dòng)畫(huà),用丁指導(dǎo)操作}一人進(jìn)行模具的安裝、調(diào)試和拆卸。
   
    3.4生成工程圖紙
   
整個(gè)設(shè)計(jì)檢查無(wú)誤,經(jīng)審核后,最后生成裝配體和零件的二維工程圖紙。裝配圖如圖2所示。
   

4模具工作過(guò)程及特點(diǎn)
   
精鍛過(guò)程如下:鍛造開(kāi)始前,浮動(dòng)凹模和浮動(dòng)模板在彈簧的作用下是浮起的,以便于坯料的安放;鍛造開(kāi)始后,隨著壓力機(jī)滑塊下行,上模和預(yù)應(yīng)力圈首先與浮動(dòng)凹模接觸,與浮動(dòng)凹模一起形成封閉的模腔;滑塊繼續(xù)下行,在凸模的作用下坯料鍛造成形,在坯料鍛造成型過(guò)程中,浮動(dòng)凹模也隨坯料向下運(yùn)動(dòng),這樣保證整個(gè)鍛造過(guò)程在封閉的模腔中進(jìn)行,從而改善模腔下角隅的充填;鍛造完成后,壓力機(jī)滑塊上行,用頂料機(jī)構(gòu)推動(dòng)頂。
   
根據(jù)鑄件的工藝特點(diǎn),模具的澆道設(shè)計(jì)成如圖2所示的米字形結(jié)構(gòu),對(duì)于緩解壓鑄過(guò)程中金屬液對(duì)型腔的沖擊有重要作用。
   
    為提高鑄件質(zhì)量,在金屬液充填型腔的過(guò)程中,應(yīng)盡量排出型腔內(nèi)的氣體,以及混有氣體與被涂料殘余物污染的金屬液設(shè)置排氣槽和溢流槽是其重要的措施之一通常將排氣槽開(kāi)在溢流槽后面,方便排氣槽的加工和布置。
   
排氣槽的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。設(shè)計(jì)排氣排氣槽時(shí),槽與溢流槽錯(cuò)開(kāi)布置,防止金屬液過(guò)早堵塞排氣槽;靠近溢流槽部位的排氣槽深度較大,有利于排氣及溢流槽的填充;排氣道呈曲折形狀,有利于防止金屬液從排氣槽中噴射出來(lái).避免廠熱金屬液飛濺傷人。
   

    4壓鑄模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
   
模具結(jié)構(gòu)如圖5。模架采用45鋼;頂桿采用SKD61鋼,這種材料具有極好的高溫性能,是壓鑄模的優(yōu)質(zhì)頂桿。
   

    5結(jié)束語(yǔ)
   
該模具按設(shè)計(jì)要求在天津某模具公司生產(chǎn)完畢后.經(jīng)生產(chǎn)檢驗(yàn).模具在使用過(guò)程中操作方便、安全,工作穩(wěn)定可靠鑄件表面質(zhì)量?jī)?yōu)良,其幾何尺寸及力學(xué)性能均很好地達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

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