基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鍛造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具 結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺旋圓柱齒輪因具有傳動平穩(wěn)、噪聲低、承載能力強等諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。目 前，螺旋圓柱齒輪仍多采用機械加工而成，而傳統(tǒng)的機械加工方法材料利用率低、生產(chǎn)成本 高、生產(chǎn)周期長，且毛坯的流線性被機械加工破壞，使齒輪的力學(xué)性能大大降低。隨著科技 高速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)和普通的鍛造成形技術(shù)早已無法滿足發(fā)展的需求。因此精 密成形技術(shù)必然是塑性成形技術(shù)的發(fā)展方向。
[0003] 螺旋圓柱齒輪精密成形時，由于其齒形是螺旋狀，形狀復(fù)雜，存在成形力較大、角 隅充填困難、脫模困難等問題。在傳統(tǒng)閉式鍛造中，上凸模下行，凹模和下凸模靜止，凹模相 對于坯料向上運動，產(chǎn)生方向向上的摩擦力，阻礙坯料的流動。當(dāng)采用浮動凹模時，凹模相 對于坯料向下運動，產(chǎn)生方向向下的"有效摩擦力"，使坯料向下流動，有利于下端齒形的充 填，并且能有效地降低成形力從而提高模具壽命。
[0004] 但是，利用浮動凹模成形螺旋圓柱齒輪時，由于上凸模、凹模和坯料作相對運動， 為了保證上凸模、凹模、下凸模和成形坯料運動的協(xié)調(diào)性，當(dāng)設(shè)定的凹模和上凸模軸向運動 速度差改變或成形件壓下量改變時，所對應(yīng)的設(shè)計上凸模、凹模、下凸模高度以及相應(yīng)的旋 轉(zhuǎn)角度也要相應(yīng)變化。因此，當(dāng)利用凹模和上凸模軸向運動速度差不一致的浮動凹模成形 螺旋圓柱齒輪時，需要反復(fù)計算各模具結(jié)構(gòu)高度和建立模具三維模型，影響了后續(xù)的有限 元分析工作的及時進行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的 方法，旨在避免各模具產(chǎn)生干涉的前提下，方便設(shè)計螺旋圓柱齒輪浮動模具各模具尺寸及 加工工藝參數(shù)。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的 方法，包括以下步驟：
[0007] 根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸在UG軟件中建立其三維幾何模型；
[0008] 根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸確定其鍛件尺寸和坯料尺寸，并根據(jù)鍛件尺 寸和坯料尺寸計算成形下壓量，設(shè)定上凸模和凹模的軸向速度后，根據(jù)上凸模和凹模的軸 向速度以及成形下壓量確定凹模的型腔高度、上凸模高度、下凸模高度、下凸模繞中心軸所 旋轉(zhuǎn)的角度以及下凸模的旋轉(zhuǎn)角速度；
[0009] 根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸以及確定出的凹模的型腔高度，在UG軟件 中利用其布爾運算功能建立凹模的三維幾何模型，根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸、 確定出的上凸模高度、下凸模高度以及坯料尺寸在UG軟件中分別建立上凸模、下凸模以及 坯料的三維幾何模型；
[0010] 根據(jù)所述成形下壓量和下凸模繞中心軸所旋轉(zhuǎn)的角度將UG軟件中建立好的凹 模、上凸模、下凸模以及坯料的三維幾何模型裝配；
[0011] 將UG軟件中裝配后的凹模、上凸模、下凸模以及坯料的三維幾何模型導(dǎo)入 DEF0RM-3D有限元軟件中，建立螺旋圓柱齒輪浮動凹模精密成形三維有限元模型并輸入所 述上凸模和凹模的軸向速度、下凸模繞中心軸所旋轉(zhuǎn)的角度、下凸模的旋轉(zhuǎn)角速度以及成 形下壓量模擬其成形過程，以確定各模具之間未產(chǎn)生干涉。
[0012] 優(yōu)選地，根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸確定其鍛件尺寸和坯料尺寸，并根 據(jù)鍛件尺寸和坯料尺寸計算成形下壓量的過程如下：
[0013] 根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸確定出其鍛件尺寸，根據(jù)待成形的螺旋圓柱 齒輪零件尺寸在UG軟件中計算其零件體積，并根據(jù)鍛件尺寸和零件體積確定坯料尺寸，根 據(jù)所述坯料尺寸和鍛件尺寸通過下式計算成形下壓量：
[0014] L = h-h，其中，L為成形下壓量，比為鍛件的高度，h為坯料的高度。
[0015] 優(yōu)選地，設(shè)定上凸模和凹模的軸向速度后，根據(jù)上凸模和凹模的軸向速度以及成 形下壓量確定凹模的型腔高度、上凸模高度、下凸模高度、下凸模繞中心軸所旋轉(zhuǎn)的角度以 及下凸模的旋轉(zhuǎn)角速度的具體過程如下：
[0016] 當(dāng)上凸模的軸向速度為ν±，凹模的軸向速度為vH = bv±，b為常數(shù)時，凹模的型 腔高度Hh，上凸模高度H±、下凸模高度H±、下凸模繞中心軸所旋轉(zhuǎn)的角度α以及下凸模 的旋轉(zhuǎn)角速度ω通過以下公式計算：
[0023] 其中，ΔΗ為上凸模下端面與凹模上端面的高度差，Δν為上凸模與凹模之間 的軸向速度差，t為成形螺旋圓柱齒輪所用時間，1為機械加工余量和裝配余量，i3b = arctan(tan(P)cos(at))，t = L/min(v上，v凹），^為基圓螺旋角，β為齒輪螺旋角，a t為齒輪分度圓端面壓力角，rb為基圓半徑。
[0024] 優(yōu)選地，設(shè)定上凸模和凹模的軸向速度時根據(jù)螺旋圓柱齒輪浮動模具對應(yīng)的壓力 機的參數(shù)選擇，選取壓力機后，所述上凸模和凹模的軸向速度均在選取的壓力機的工作行 程速度范圍之內(nèi)。
[0025] 優(yōu)選地，根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸、上凸模高度、下凸模高度以及坯料 尺寸在UG軟件中分別建立上凸模、下凸模以及坯料的三維幾何模型的具體過程如下：
[0026] 根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸和上凸模高度在UG軟件中建立上凸模的三 維幾何模型，上凸模為螺旋圓柱齒齒形沖頭，根據(jù)待成形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸和下凸 模高度在UG軟件中建立下凸模的三維幾何模型，下凸模為螺旋圓柱齒齒形沖頭，根據(jù)待成 形的螺旋圓柱齒輪零件尺寸和坯料尺寸在UG軟件中建立坯料的三維幾何模型。
[0027] 本發(fā)明提出的基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法，通過浮動凹模 原理以及螺旋圓柱齒輪嚙合原理，基于UG三維軟件快速設(shè)計螺旋圓柱齒輪精密成形浮動 凹模三維模具結(jié)構(gòu)，為后續(xù)有限元軟件分析提供了幾何數(shù)據(jù)模型，便于快速建立上凸模和 凹模在不同軸向運動速度下的三維有限元模型，節(jié)省了反復(fù)建模的時間，避免各模具產(chǎn)生 干涉的前提下，提高了利用上凸模、凹模不同速度差時浮動凹模精密成形螺旋圓柱齒輪成 形質(zhì)量預(yù)測效率，方便設(shè)計螺旋圓柱齒輪浮動模具各模具尺寸及加工工藝參數(shù)，為螺旋圓 柱齒輪浮動凹模精密成形工藝的確定提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法優(yōu)選實施例的 流程示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪的齒槽掃略幾何模型示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪單個齒槽三維模型示意圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪三維幾何模型示意圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪的零件圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪的浮動凹模運動原理示意圖；
[0034] 圖7為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪的成形結(jié)束時的原理示意圖；
[0035] 圖8為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪的下凸模三維幾何模型示意圖；
[0036] 圖9為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪的凹模三維幾何模型示意圖；
[0037] 圖10為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中浮動凹模結(jié) 構(gòu)裝配示意圖；
[0038] 圖11為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中當(dāng)模具發(fā)生 干涉時所成形出的螺旋圓柱齒輪的三維幾何模型示意圖；
[0039] 圖12為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法中螺旋圓柱齒 輪的浮動凹模結(jié)構(gòu)三維幾何模型示意圖。
[0040] 圖中：1_上凸模，2-凹模，3-下凸模，4-坯料。
[0041] 本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0042] 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0043] 參照圖1，圖1為本發(fā)明基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的方法優(yōu)選 實施例的流程示意圖。
[0044] 本優(yōu)選實施例中，一種基于速度差確定螺旋圓柱齒輪浮動模具結(jié)構(gòu)的