汽车半轴楔横轧模具的计算机辅助设计

汽车半轴楔横轧模具的计算机辅助 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 汽车半轴楔横轧模具计算机辅助设计 1,222 赵 静 束学道 胡正寰 (1(山东理工大学轻工学院,淄博255049) (2.北京科技大学机械工程学院,北京100083) 摘要: 楔横轧多楔精密成形技术是一种高效节材的先进轴类零件成形新工艺，具有显著节省模 具辊面、减小模具直径和设备本体尺寸等优点，是生产汽车半轴的最佳工艺之一，但由于其模具 设计计算和制造复杂，致使在实际应用中受到一定程度的限制。本文针对上述情况，利用VB可 视化程序对Pro/Engineer进行二次开发，编制了汽车半轴楔横轧多楔模具的通用计算程序，计 算出主楔和侧楔的端面移动量、轧齐曲线等数据，并将所有结果数据存放至Access数据库中， 在Pro/Engineer下生成三维实体模型，从而实现汽车半轴楔横轧多楔模具的计算机辅助参数化 设计，为汽车半轴的规模化生产提供有效的数值工具。 关键词:汽车半轴;多楔楔横轧;模具;CAD Computer Aided Design for Cross Wedge Rolling Tools of Automobile Semi-axes 1,222 Zhao Jing, Shu Xuedao, Hu Zhenghuan (1.Light Industry and Agriculture Engineering Department，ShanDong University of Technology ,Zibo,255049) (2.Mechanical Engineering Department, Beijing Science and Technology University, Beijing 100083, China) Abstract: The multi-wedge cross wedge rolling (MCWR) is a new advanced technology of forming automobile semi-axes with many advantages such as saving the surface of roller remarkably and reducing the size of equipment. The design and calculation of dies are complex, therefore, the technology of MCWR forming automobile semi-axes is limited in practical application to some extent. In order to solve the problems above, the Pro/Engineer was further developed using visualized basic program language, and the complex calculation program for the parameters was worked out including main wedges and side wedges, the movement of the end of rolled part in rolling and shaping curves in each phase on MCWR tools of automobile semi-axes, and then the calculated results were placed in database and using the software of Pro/ENGINEER to module for the MCWR tools, which achieve the CAD parametric design for automobile semi-axes and provid an efficient method for the production of automobile semi-axes. Key Words: Semi-axes; MCWR; Tools; CAD 1(前言 汽车半轴是在差速器与驱动轮之间传递动力的实心 轴，其内端与差速器内的半轴齿轮连接，而外端则与驱 [1]动轮的轮毂相连,是汽车传动系统的重要零件之一。汽 车半轴成形一般是先经锻造或轧制成形后，再经机械加 工成成品。传统生产汽车半轴的方法主要是平锻或摆碾， 这些方法需经多道工序，生产效率低。楔横轧是一种先 进的轴类零件成形技术，其工作原理如图1所示。即两 个带楔形摸具的轧辊，以相同的方向旋转并带动圆形轧 图1楔横轧工作原理图 基金项目: 本项目为国家自然科学基金资助项目(50475175) 作者简介: 赵静(1971-)，女，山东理工大学轻工学院讲师，北京科技大学在读博士。 [2]件旋转，轧件在楔形孔型的作用下，轧制成各种形状的台阶轴。楔横轧轧制后再经摆碾而成的汽车半轴成品如图2所示。楔横轧多楔轧制是主楔和侧楔同时对轧件进行径向压下和轴 [3]向延伸的塑性成形，是一种先进的 成形汽车半轴的新工艺，具有显著 节省辊面，减少设备本体尺寸等优 点，在较小的设备上即可实现半轴 的生产，易于实现汽车半轴的经济 化生产。 由于楔横轧多楔成形汽车半轴 的模具设计计算和制造复杂，致使 此项技术在实际应用中受到一定程 度限制。随着汽车工业的飞速发展， 汽车半轴的种类和数量也在不断增 加，而楔横轧多楔精密成形技术又 是生产汽车半轴的最佳工艺之一。图2汽车半轴轧制成品图 因此，只有实现汽车半轴楔横轧模 具参数化计算机设计才能满足市场需求。本文针对上述情况，利用VB可视化程序对Pro/Engineer进行二次开发，编制了汽车半轴楔横轧多楔模具的通用程序，计算出主楔和侧楔的端面移动量、轧齐曲线等数据，并将所有结果数据存放至Access数据库中，在Pro/Engineer下生成三维实体模型，从而实现汽车半轴楔横轧多楔模具的计算机辅助参数化设计，为汽车半轴的规模化生产提供有效的数值工具。 2(计算机辅助设计基本理论 2.1参数化三维实体建模技术 几何建模技术是一项研究在计算机中如何表达物体模型形状的技术。在几何建模系统中， [4]描述物体的三维模型有三种，即线框模型、表面模型和实体模型。线框模型由构成三维形体边界的直线和曲线组成，它提供了定义线框模型的空间定点的坐标信息和边的定义信息以及顶点与边的连接关系;表面模型在线框模型的基础上，增加了物体中面的信息，用面的几何来表示物体，而用环来定义面的边界。表面模型扩大了线框模型的应用范围，能够满足面面求交、线面消隐、明暗色彩图、数控加工等需要;实体模型是最高级的模型，它将一些形状较为简单、规则的物体如立方体、圆柱、圆锥等体素经过并、差、交等集合运算组成较为复杂的物体。它能完整表示物体的所有形状信息，可以无歧义地确定一个点是在物体外部或表面上，这种模型能够进一步满足物性计算、有限元分析等应用的要求。实体造型采用了NURBS(即非均匀有理B样条)技术，用于表示基本体素的二次解析曲面与自由曲面可采用统一的数学表示形式。 参数化建模是指使用拓扑约束(或称隐式约束，如水平、垂直、平行、相交、相切等)和尺寸约束(或称显式约束，如线性尺寸、角度尺寸等)来定义和修改几何模型，提供了动态修改几何模型的能力。也就是参数化模型的尺寸用对应的关系来表示，而不需要确定的数值，变化一个参数值，将自动改变所有与它相关的尺寸。特征造型是以实体造型为基础，用具有一定设计或加工功能的特征作为造型的基本单元建立零部件的几何模型。将参数化造型的思想用到特征造型中来，对产品的特征进行参数化造型，就形成了参数化特征造型。 在计算机辅助设计系统中，不同型号的产品往往只是尺寸不同而结构相同，映射到几何模型中，就是几何信息不同而拓扑信息相同。比如本文的汽车半轴结构相同，一般不同型号 的半轴只是尺寸大小不同而已，同理轧制汽车半轴的多楔楔横轧模具也是结构相同，而尺寸参数不同而已。所以采用参数化建模，只需修改一些参数，就可以很容易的建立一个新的汽车半轴和楔横轧模具的模型。这对于加快新产品开发周期，提高设计效率，减少重复劳动具有重要的意义。 2.2计算机辅助设计软件简介 VB是一种可视化的、面向对象的、由事件驱动的结构化高级程序设计语言，其数据库访问功能十分强大，用它来完成模具的设计计算及存取数据的工作，并对Pro/Engineer进行 [5]二次开发是很方便的。Pro/ENGINEER软件具有全参数化、全相关、基于特征的实体建模 [6]的特点。利用VB进行Pro/Engineer的二次开发必须使用RAND公司开发的Automation GATEWAY软件，应用Automation GATEWAY可以自动实现Pro/Engineer任务、创建用户界面、完全实现自动设计任务，可以把任何支持ActiveX的应用程序和PRO/E建立直接联系。利用Visual Basic可以使数据库和Pro/Engineer对象之间进行数据交换。 一般的汽车半轴需要轧制三个台阶轴，其中细杆部最长。各种规格的汽车半轴形状大都相似，不同的是它们的直径大小和长短不同而已。所以我们可以利用汽车半轴的这种相似性来设计一个基于PRO/E的汽车半轴楔横轧模具建模的参数化软件。 3(汽车半轴楔横轧多楔模具的CAD软件设计 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 楔横轧模具在设计时，首先要确定被轧制轧件的尺寸，并根据体积不变定律由轧件尺寸计算毛坯尺寸，同时需计算轧件的热尺寸等。在设计楔横轧模具时，首先须根据汽车半轴最大断面收缩率选择合适的工艺参数(如成形角、展宽角等)，再计算模具楔的各阶段的端面移动量及端面移动量曲线倾角，轧齐曲线等。由于端面移动量和轧齐曲线的计算尤为繁琐复杂，通常手工方法计算效率很低，所以本文采用编程来计算，以提高计算的效率和精度。然后用Pro/Engineer2001建立一个汽车半轴楔横轧多楔模具原始模型，存放到D盘根 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 下，名为tool.prt。汽车半轴多楔楔横轧模具建模时的主要参数如表1所示。 表1汽车半轴多楔楔横轧建模时的参数 符号 项目 符号 项目 W0 轧辊宽度 THEATER2 侧楔展宽段转角 L 轧辊展开长度 ALFA1 侧楔成形角 ALFA 主楔成形角 BETA1 侧楔展宽角 BETA 主楔展宽角 PP 侧楔楔入段长度 WIDTH 主楔宽度 EE 侧楔展宽段长度 THEATER1 侧楔楔入段转角 DD 侧楔和主楔之间的距离 用VB编写的主要程序语句如下: public mcwr as new GwayAx /*连接好VB和PROE后，首先在VB中声明一个Automation Gateway对象 /*定义参数变量 Dim width as long Dim alfa as long ……………………. Dim dd as long Mcwr.ModelRetrieve(“D:\tool.prt”) /*将D盘根目录下的tool.prt调入内存 Mcwr.SessionSetCurrentModel(“D:\tool.prt”) /*将模型从内存中调出并显示 Width=mcwr.ParamSetValue(“W0”,text1.text) /*设置Pro/ENGINEER模型参数的值 Alfa= mcwr.ParamSetValue(“ALFA”,text2.text) ………………………………………… dd= mcwr.ParamSetValue(“DD”,text12.text) mcwr.ModelRegenerate /*模型的重新生成 mcwr.ModelExportFile(igs, “D:\mcwrtool.igs”, “D:\tool.prt”) /*将盘根目录下的零件tool.prt输出igs格式文件 程序计算结果写入和读出的语句: Dim mdbPath As String mdbPath = "D:\模具设计\汽车半轴模具2000.mdb " Dim cn As New ADODB.Connection /*声明新的Connection Dim strcn As String 开始 strcn = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=" & mdbPath & _ ";Persist Security Info=False" 半轴基本参数输入 cn.Open strcn /*打开与数据库的连接 Dim rs As New ADODB.Recordset /*声明新的数据集 断面收缩率计算 rs.Open "孔型计算", cn, adOpenStatic, adLockOptimistic, -1 Do While rs.RecordCount > 0 rs.Delete 确定模具工艺参数 rs.MoveNext Loop 主楔及侧楔参数计算 For i = 0 To 2 /*将各参数值写到数据库中 rs.AddNew rs.Fields("序号") = i + 1 端面移动量倾角的计算 rs.Fields("长度L") = CCur(L1(i)) rs.Fields("圆心角φ") = CCur(φ1(i)) If i = 2 Then 写所需建模数据至数据库 rs.Fields("成形角α") = 0 rs.Fields("展宽角β") = 0 利用Pro/E建立半轴多楔rs.Fields("导程T") = 0 模具的参数化模型 Else rs.Fields("成形角α") = α rs.Fields("展宽角β") = β 调用数据库中的相关参数 rs.Fields("导程T") = CCur(T) End If 生成新的多楔模具模型并保存rs.UpdateBatch 成IGES格式的文件 Next i rs.Close Set rs = Nothing 结束 cn.Close Set cn = Nothing 图3 软件的设计流程 …………………….. 软件的整个设计流程如图3所示 用户在使用此软件时，只需在汽车半轴基本参数输入界面中直接输入汽车半轴的基本参数，软件可自动计算模具三维参数化建模时所需要的参数并生成汽车半轴的三维实体模型，然后将计算结果写至数据库。在多楔模具参数输入界面中，用户可使用默认的参数值(即从数据库表中读出的数据)，也可修改任意一个参数值，然后点击确定按钮，软件将重新生成新的汽车半轴多楔模具的三维模型，并以IGS格式保存，供有限元分析或仿真使用。程序的主要输入输出界面如图4所示。 图4 汽车半轴多楔模具实体造型界面 4(结论 1) 本文开发建立了汽车半轴多楔楔横轧模具的计算机辅助设计软件，该软件能够快速、方 便地对模具的各种参数进行计算并自动生成模具的三维模型。 2) 本文开发的楔横轧多楔模具计算机辅助设计软件，为深入研究汽车半轴成形机理、实现 模具优化设计、推广楔横轧技术、实现汽车半轴经济化和规模化生产提供有效的数值工 具。 参考文献 [1] 刘惟信编著。汽车车桥设计[M].北京:清华大学出版社,2004。 [2] 胡正寰,张康生,王宝雨,束学道,杨翠萍著.楔横轧零件成形技术与模拟仿真[M].北京:冶金工业出版 社,2004. 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