| 991518 | 2009-06-06 20:42 |
基于SolidWorks的锥齿轮精锻模具设计锥齿轮精锻工艺是指模锻齿轮时轮齿直接被锻出，齿面不再进行切削加工的精密模锻工艺。锥齿轮广泛应用于汽车、拖拉机、摩托车、坦克等的差速器中，应用面广，需求量大。用传统机械切削方式生产锥齿轮，速度慢、效率低、精度差。锥齿轮的热精锻成形技术已基本成熟，但在冷锻闭式成形技术方面，还有待进一步地改进和提高，采用冷精锻方法成形零件，可节约原材料，提高零件的力学性能，并能获得理想尺寸精度和表面粗糙度的制件，是一种高产、优质、低消耗的工艺技术，其经济效益十分可观?。但也存在变形抗力大，对模具和设备要求较高等问题。因此对锥齿轮冷精锻工艺及模具进行设计和分析十分必要的。 三维CAD系统有较好的造型工具，能实现"自顶向底"和"自底向顶"等设计方法，实现装配等复杂设计过程，使设计更加符合实际设计过程；三维造型系统能方便地与CAE系统相连，进行仿真分析；能提供数控加工所需的信息，实现CAD／CAE／CAPP／CAM的集成。基于三维CAD系统这些优点，本文利用SolidWorks三维设计软件来完成锥齿轮及其模具的设计。 l 锥齿轮精锻成形工艺 冷精锻是随着汽车工业而迅速发展起来的一种净成形工艺。精锻锥齿轮有连续的沿齿廓合理分布的金属流线和致密的组织，轮齿的强度、齿面的耐磨能力、热处理变形量和啮合噪声等都比切削齿轮的加工优越。齿轮材料为中高强度合金钢20Cr，其供应状态强度高、变形抗力大、塑性较差，存在加工硬化现象，难以进行大变形量的冷模锻成形。但若对毛坯进行充分软化退火处理，就可降低变形抗力和提高材料塑性指标。精锻锥齿轮的强度和抗弯疲劳寿命提高，热处理变形减少，生产成本降低。综上分析，决定采用冷锻成形工艺。其工艺过程为：下料一退火叶冷锻一精加工一检验一入库。冷锻成形前，要对坯料进行软化处理，在各道工序之间要进行退火处理，在冷锻前进行磷化处理。 2 模具设计 2．1 锻件 根据锥齿轮零件图及冷模锻工艺的基本要求，设计了齿轮锻件。分模面的位置选择在零件最大的外径处。在保证有效齿长的前提下，锥齿轮的大端留有冷锻成形工艺自然形成的过度圆角，如图1所示。  精锻锥齿轮的模具型腔都是曲面造型，形状比较复杂，为快速准确获得高质量的曲面形状，选用三维造型软件SolidWorks来完成模具和坯料的几何模型设计。由于锥齿轮的理论齿廓曲线为球面渐开线，不能展开成平面，给锥齿轮的三维造型带来极大困难。本文从背锥理论出发，结合渐开线方程和绘图软件中的造型命令，最大限度地实现了锥齿轮的真实三维造型，图2所示为锥齿轮零件的三维造型。图3所示为利用SolidWorks软件中的分型面、分型线等命令设计的锥齿轮成形模具，同时为锥齿轮工艺的数值模拟分析作准备。 2．2 模具结构设计 锥齿轮精锻模具的工作条件极其恶劣，因而对模具精度、强度、刚度以及寿命提出了更高的要求。模具的装配图如图4所示，其工作过程如下。用于普通液压机上对工件进行闭式模锻成形。工作时将毛坯放入  下凹模13空腔内，待毛坯放置好后，上模3下行；当上模3开始接触毛坯时，缩挤形成开始；随着上模3的继续下压，应力圈10由于受到压力作用，挤压下部的弹簧并随之下移，坯料进入封闭状态的模腔内，缩挤完成，开始镦挤成形阶段；上模3继续下移，至达到规定行程为止。上模回程后，下凹模13和应力圈10在弹簧8的作用下恢复初始状态。成形后的锥齿轮锻件在上顶杆19的作用下脱模，取走锻件，至此锥齿轮精锻成形过程完成。  齿形凹模是锥齿轮精锻成形最关键的零件，它的精度决定锥齿轮锻件的精度。齿形凹模的强度和寿命不仅要从所用材料上来考虑，更要从凹模的结构设计上来保证。为了提高齿形凹模的强度，采用组合式结构。采用浮动的上模芯和浮动的下组合模套结构，使锻件在封闭的环形模腔中变形，锻件无飞边，径向尺寸精度高。由于锻件无飞边，水平投影面积(锻造面积)小，所需的锻造力小，降低了压力机吨位。由于采用浮动模结构，浮动模形成的凹腔较深，确保上下模导向准确。此模具利用弹簧实现压边，实现闭式模锻。 3 精锻模具3D模型 SolidWorks是一款功能强大的CAD软件。在完成产品三维造型的基础上，还能实现模型的动态可视化，对模具的装配过程、拆卸过程和运行过程进行模拟。锥齿轮精锻模具的三维造型如图5所示，通过对锥齿轮模具进行了干涉检查和运动仿真，及早发现了设计过程中出现的问题，并对相关零件进行了改进。最后生成了装配体和零件的二维工程图纸。  4 结束语 采用精锻工艺生产齿轮，既可减少原材料和能源消耗，降低制造成本，又可改善齿轮的机械性能。根据锥齿轮精锻成形工艺，设计了锻件的合理形状。利用SolidWorks三维设计软件完成了锥齿轮工件及精锻模具的三维实体建模，通过对模具运动过程的模拟，能够及早发现设计问题，有利于快速发现问题改进结构设计，从而实现精锻模的快速设计，为精锻工艺的数值模拟等研究工作奠定基础。 |
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