基于SolidWorks的直齿圆柱齿轮精锻模设计

    某机械传动直齿圆柱齿轮模数为3,齿数为27，压力角α为200，精度等级为8级，材料为40Cr;原采用切削加工工艺进行生产，具有生产效率低，材料利用率低、切断齿形纤维组织等缺陷。为提高其力学性能，利用模具来生产该齿轮，从而使金属齿形流线得到保留，分布更为合理。

    以往只是借助CAD绘图工具来进行锻模设计，设计锻件图、计算下料质量和坯料尺寸等工作还由设计人员查阅相关标准进行近似计算。目前，三维设计已广泛应用到各个领域，它具有设计直观、减少设计错误、便于修改等优点。所以利用三维设计软件来完成该齿轮及其模具的设计。   

    1齿轮工艺设计

    根据齿轮的使用要求，可有两种成形方案。

    两火两锻法 下料-加热(850±10°C)-墩粗-预锻-切飞边-空冷、喷砂清理-加热到(850±10°C)-终锻-精整-机加工圆孔和键槽-检验-入库。

    温锻成形冷锻精整法下料-加热至(850±10°C)-墩粗-预锻-料箱内堆冷至室温-清理-磷化皂化-终锻-精整-检验-入库。

    对比以上两种工艺，第一种采用两次加热，其氧化与冷却收缩量的波动将影响齿轮精度，齿面粗糙度大，而且增加厂工序和加热设备，生产成本较高;第二种采用温锻成形增大厂终锻压力，但消除厂终锻温度的波动和高温氧化对产品的影响因素，进一步提高厂锻造齿轮的精度，降低厂齿面粗糙度综上分析，决定采用温锻成形冷锻精整工艺。   

    2齿轮的参数化设计

    由于齿轮形状复杂，首先利用的特征建模技术建立设计齿轮的三维模型，也可利用专门的齿轮绘制插件Geartrax来生成所需的齿轮模型;其次进行锻件图的设计，锻件图是确定模锻工艺和设计锻模的依据。以往锻件图的设计是设计人员根据零件图查阅相关标准后再绘制的，利用现在三维设计手段只需要在原齿轮零件尺寸上加上一定的锻造余量，对该齿轮来说，单边余量留1 mm，通过更改相应的设计参数，即可得到齿轮锻件的三维模型，借助质量特性功能，自动得到该齿轮工件和锻件的质量、体积数值(见图1)，减轻手工计算的工作量，同时使计算更为准确，便于精确地下料。

    3齿轮终锻模设计

    3.1凸、凹模设计

    终锻型腔是锻件最后成形的型腔，其尺寸、尺寸精度和表面粗糙度由齿轮锻件的需求决定在中提供厂模具设计功能，把齿轮锻件模型作为模芯置人实体模型中，利用"型腔"特征去掉实体模型中的模芯部分，得到空心模腔，然后确定分模面，曲面切割实体，得到凸、凹模两个三维零件图，最后确定模块尺寸，完成锻模的结构设计这种设计方法不仅能加快设计进度，而且保证厂设计的精度，对精密成形模具设计尤为重要。