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。