【導(dǎo)讀】意見(jiàn)，并作為畢業(yè)論文工作檢查的主要依據(jù)。畢業(yè)論文答辯的主要檔案資料，是學(xué)士學(xué)位論文成冊(cè)的主要內(nèi)容之一。金屬材料和制品的科學(xué)技術(shù)，它是一項(xiàng)以較低的成本制造高性能粉末冶金制品的技術(shù)。工藝制造齒輪制品可以大幅度地降低生產(chǎn)成本，并保證齒輪的形位公差與尺寸公差的一致性。出一個(gè)大致的思路并編寫(xiě)好開(kāi)題報(bào)告。計(jì)方案，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照思路收集資料并繪制好自己設(shè)。行改進(jìn)設(shè)計(jì),最后定稿后進(jìn)行答辯。金屬基復(fù)合材料的發(fā)展與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。特別是航空、航天、電子、

　　

【正文】 k zi nv x mW m k zi nv x m???? ? ? ?? ? ? ?? ? ???? ? ? ? ? ??? ????????? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ???（ ）（ ） (215) 式中： m —— 產(chǎn)品的齒輪模數(shù) ； cm —— 成形模齒輪模數(shù) ； cd —— 成形模齒頂圓直徑 ； bd —— 產(chǎn)品的分度圓直徑 ； ad —— 產(chǎn)品的齒頂圓直徑 ； cW —— 成形模公法線長(zhǎng)度 ； kW —— 產(chǎn)品的公法線長(zhǎng)度 ； F? ——法向上的整形余量 ； 0k —— 法向上的距離補(bǔ)償量 ； z —— 齒數(shù) ； k —— 跨齒數(shù) ； ah —— 齒頂高 ； x —— 變位系數(shù) ； 0F —— 齒形有效工作部位起始點(diǎn)的法向距離改變量 ； 0sF? —— 齒形有效工作部位起始點(diǎn)的法向工藝變化量 。 3． 模具 設(shè)計(jì) 及計(jì)算 產(chǎn)品參數(shù)化建模與工況分析 產(chǎn)品參數(shù)化建模與工況分析 齒輪參數(shù) 齒輪參數(shù) 齒輪參數(shù) 模數(shù) m 6 齒根圓直徑 dg (mm) ?? 齒數(shù) Z 20 公法線長(zhǎng)度 ln (mm) ? 法向 壓力角 ? ? 跨齒數(shù) n 4 變位系數(shù) ? 0 傳動(dòng) 比 i 齒頂圓直徑 dK (mm) ?? 齒頂圓角 分度圓直徑 df (mm) 齒根圓角 傳動(dòng)齒輪的工況調(diào)查及材料的選擇 名 稱 內(nèi) 容 備 注 齒輪工作狀況 （ 1） 用于汽車(chē)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳遞速度 （ 2）齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒形誤差（公法線變動(dòng)量）將影響傳動(dòng)精度 （ 3）強(qiáng)度要求： b? 240? MPa 齒部硬度： 660HV 材料選擇 （ 1）根據(jù)使用工況，查表選用 Fe CCu Ni ,牌號(hào)： SMF5040 (2) 材料成分： Fe C(%) Cu (2%) Ni (3%) (3) 密度： （ g/cm3 ） 產(chǎn)品的精度分析與工藝確定 項(xiàng) 目 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 依 據(jù) 材料壓坯密度 材料成分： Fe C(%) Cu (2%) Ni (3%) 密度： g/cm3 使用工況 產(chǎn)品工藝 壓制 燒結(jié) 水蒸汽處理 使用工況 工藝參數(shù) 部位 工序 外徑 D 高度 A 內(nèi)徑 d D=? ?? A=? d=? 14 ?? 燒結(jié)收縮率 c(%) 燒結(jié)溫度和 壓坯密度 壓制回彈率 e(%) 壓坯密度 粉末冶金壓制設(shè)備的選擇 粉末冶金壓制設(shè)備的選擇 項(xiàng) 目 計(jì) 算 公 式 計(jì) 算 數(shù) 據(jù) 及 依 據(jù) 結(jié) 果 壓制力 P P=pS S= ? /4 （ D 2 d 2 ）=? /4( 142 ) S= p=6? 102 MPa P= 脫模力 P脫 =f? P側(cè)余 S側(cè) f? = P側(cè)余 = S側(cè) =m()H P側(cè)余 =? 102 MPa S側(cè) = mm2 P脫 = 壓坯高度驗(yàn)算 Hmax = )10(/ m ax ?F??? H? Hmax ?? = g/cm3 ?? g/cm3 F max =150mm(根據(jù)日本玉川S200壓機(jī)最大裝粉高度 ) H=19 Hmax = H=19mm H Hmax 可行 壓制成形壓機(jī)確定 1） .S 2） .P和 P脫 3） .裝粉高度 4） .壓制方式 S= mm2 P= KN P脫 = KN H? = ??H???/ 雙向壓制 （一上三 下） 選用日本玉川 S 系列S200壓機(jī) (附注：日本玉川壓機(jī)主要用于各種中等尺寸范圍的鐵基，有色金屬，鐵氧體，陶瓷和硬質(zhì)合金等產(chǎn)品零件的成形 ) 成形 模 具 參數(shù)設(shè)計(jì) 成形陰模參數(shù)設(shè)計(jì) 的方法有： （ 1) 變位設(shè)計(jì) 變位設(shè)計(jì)認(rèn)為齒輪在壓制過(guò)程中的工藝參數(shù)的變化類似齒輪加工中的變位。根據(jù)齒輪的齒頂圓直徑，可以確定陰模內(nèi)齒輪齒頂圓直徑，求出變位系 數(shù)。加工變位電極，由齒輪電極加工出齒輪陰模。變位齒輪與未變位齒輪在分度圓上的壓力角和模數(shù)均為標(biāo)準(zhǔn)值，他們的齒廓漸開(kāi)線均為同一基圓上發(fā)生的同一漸開(kāi)線，具有相同的分度圓直徑和基圓直徑。 （ 2) 變模數(shù)設(shè)計(jì) 變模數(shù)設(shè)計(jì)原理認(rèn)為在齒輪各加工過(guò)程中，基圓直徑、分度圓直徑同齒根圓、齒頂圓直徑一樣都是按照一定的比率變化，等同于簡(jiǎn)單套筒類零件的徑向尺寸變化。對(duì)于一個(gè)齒輪如果齒數(shù)確定，則加工過(guò)程中分度圓的變化可以認(rèn)為是模數(shù)的變化。 （ 3) 變模數(shù)與壓力角設(shè)計(jì) 根據(jù)試驗(yàn)證明成品齒輪齒形與模具齒形的變化情形可知實(shí)際加工過(guò)程中的齒 廓曲線變化如圖 31所示，圖 31 (b)中齒形線段 I表示模具齒形，齒形變化可以理解為線段 I先等向膨脹至曲線 II，然后曲線 II再以節(jié)圓位置為固定而改變壓力角，最終燒結(jié)齒輪齒形如曲線 III所示。 變位法設(shè)計(jì)成形模具存在較大的設(shè)計(jì)誤差，變模數(shù)法設(shè)計(jì)在理論上不存在設(shè)計(jì)誤差。但是相對(duì)于模具齒形，燒結(jié)齒輪實(shí)際齒形變化情況表明變位設(shè)計(jì)與變模數(shù)設(shè)計(jì)法都不 能準(zhǔn)確地進(jìn)行粉末冶金漸開(kāi)線模具設(shè)計(jì)，因此我們得進(jìn)一步深入研究其設(shè)計(jì)原理與方法。 (a) (b) 圖 31 齒形曲線 根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，變位 設(shè)計(jì)的齒輪壓坯齒廓曲線嚴(yán)重偏離預(yù)期齒輪壓坯齒廓曲線。這樣，用變位設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)齒輪壓坯的實(shí)際齒形不能與預(yù)期的漸開(kāi)線吻合，齒面易發(fā)生斷裂，嚴(yán)重影響了制品質(zhì)量。變模數(shù)設(shè)計(jì)的齒輪壓坯齒形與預(yù)期基本重合，變模數(shù)法在理論上不存在 設(shè)計(jì)誤差，應(yīng)用這種方法，陰模的精度易于控制，制品質(zhì)量得到提高，是 一種先進(jìn)、實(shí)用，值得推廣的粉末冶金齒輪陰模設(shè) 計(jì)法。 根據(jù)齒輪精度要求，可選用不同的工序來(lái)達(dá)到要求。影響齒輪成型陰模幾何尺寸的工序主要是壓制和燒結(jié)。因此在成型陰模設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮壓制的回彈率 e 和燒結(jié)收縮率 c這兩個(gè)工藝參數(shù)。 齒輪陰模設(shè)計(jì)的步驟為： 齒輪參數(shù) —— （燒結(jié)收縮率 c） —— 壓坯參數(shù) —— （壓制回彈率 +e） —— 成形陰模參數(shù) （ 1） 燒結(jié)坯尺寸 分度圓直徑 ds =dz =mz= 燒結(jié)坯模數(shù) ms = ds /z=m= 齒頂圓直徑 das =daz =m(z+2h*a +2x)= 齒根圓直徑 dfs =df =m(z2 h*a 2c* +2x)= 基圓直徑 dbz = ms zcos? = (cos? =) （ 2）壓坯尺寸 考慮到燒結(jié)收縮率 c，則壓坯脫模后尺寸為 ： 分度圓直徑 dy =ds /(1c)=mz/(1c)= 壓坯模數(shù) my = dy /z=mz/[(1c)z]= 齒頂圓直徑 day = das /(1c)=[m(z+2 h*a +2x)]/(1c)= 齒根圓直徑 dfy = dfs /(1c)=[m(z2 h*a 2c* +2x)]/(1c)= 基圓直徑 dby = my z cos? = （ 3）成形陰模尺寸 考慮到壓制回彈率 e，則成型陰模尺寸為： 分度圓直徑 dc = dy /(1+e)=mz/[(1c)(1+e)]= 成形陰模模數(shù) mc = dc /z=mz/[(1c)(1+e)z]= 齒頂圓直徑 dac = day /(1+e)=[m(z+2 h*a +2x)]/[(1c)(1+e)]= 齒根圓直徑 dfc = dfy /(1+e)=[m(z2 h*a 2c* +2x)]/[(1c)(1+e)]= 基圓直徑 dbc = mc z cos? = 由以上計(jì)算可看出，粉末冶金齒輪在壓制成型、燒結(jié)的處理過(guò)程中，分度圓、基圓、齒頂圓、齒根圓直徑都是變化的，模數(shù)也是變化的。由于模數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)齒輪發(fā)生了 變化，不再是標(biāo)準(zhǔn)值，用變模數(shù)法設(shè)計(jì)的齒輪成型陰模用傳統(tǒng)機(jī)加工方法不可能加工出來(lái)，只能借助CAD/CAM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 模具相關(guān)軸向的尺寸如下： （ 1） 產(chǎn)品高度 h=, 取下模沖配合高度為 h下 =15mm, 取上模沖配合高度為h上 =7mm h臺(tái)坯 =(1+%%)= h壁坯 =(1+%%)= h坯 =h(1+ce)= H粉 = ?? 坯h???/ H陰 = H粉 + h下 + h上 = （ 2）下半部分陰模深度為： H粉 + h下 =+15= 下模沖高度為 := 裝粉墊高度為： = (3) 芯桿長(zhǎng)度 H陰 +=+= (4) 上模沖高度 H陰 == （ 5） 墊塊高度 墊塊高度等于上下模沖高度之和加上 壓坯高度減去陰模高度所得值 墊塊高度為： ++= 模沖和芯桿徑向相關(guān)尺寸 （ 1）上、下模沖外徑 上、下模沖與陰模之間的配合間隙分別按照 H8/f7和 H7/g6選取。因此，上模沖的外徑取 ??? mm,下模沖的外徑取 ??? mm. (2) 芯桿外徑 壓坯的徑向彈性后效、燒結(jié)收縮率同前，芯桿外徑取(14+ES)(1+ce)=(1+%%)=14mm. (3) 上、下模沖內(nèi)徑 上、下模沖與芯桿之間的配合間隙按照 G7/h6 選取。因此，上模沖內(nèi)徑取 ??? mm,同樣，下模沖內(nèi)徑也取 ??? mm. 成形模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具 裝配 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 32： 圖 32（ a） 壓制前裝粉狀態(tài) 圖 32(b)裝粉后壓制前狀態(tài) 模沖 圖 32(c)壓制后狀態(tài) 模具材料的選擇 陰模 ：要求硬度高，耐磨性好，選用合金工具鋼 GCr 15(6062HRC)； 材料成分是 C占 ， Si占 ， Mn占 ， Cr占 （ %）。 芯桿：耐磨性好，工作段熱處理硬度達(dá)到 6063HRC，非工作部分 4550HRC，選用Cr 12M? V(6263HRC)； 材料成分是 C占 ， Si占 ? ， Cr占 ， V占 ，Mo占 ， S占 ? ， P占 ? ， Mn 占 ? （ %）。 上、下模沖：耐沖擊性好，有一定的耐磨性。工作部分熱處理 硬度 5660HRC，非工作部分的硬度可以適當(dāng)降低，選用 GCr 15； 材料成分是 C占 ， Si占 ， Mn占 ， Cr占 （ %）。 模套：有較好的韌性和拉伸強(qiáng)度，可采用中碳鋼 45 號(hào)鋼（ 2832HRC） ； 材料成分是C占 %，其余均為 Fe。 墊塊，裝粉墊：只需要到達(dá)一般強(qiáng)度和剛度，可采用 45號(hào)鋼。 材料成分是 C占 %，其余均為 Fe。 4. 基于 pro/e 的齒輪模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 產(chǎn) 品零件的 pro/e 建模 在 pro/e 中，模型是指三維實(shí)體，包括零件模型和裝配模型。特征是構(gòu)成模型的基本單位，每一個(gè)模型都是由一連串特征構(gòu)成的。 零件的建模過(guò)程類似于零件的加工過(guò)程。加工零件時(shí)，首先準(zhǔn)備毛坯， 再經(jīng)過(guò)一系列的切削加工工序，得到成品零件，而零件建模時(shí)首先創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體特征，相當(dāng)于毛坯，所創(chuàng)建的第一個(gè)實(shí)體特征稱為基礎(chǔ)特征。以此特征為基礎(chǔ)，通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)切材或加材特征，相當(dāng)于一道道加工工序。最后得到要求的零件圖。兩者最大的區(qū)別在于零件的切削加工必須不斷地去除材料，而零件建模時(shí)還可以根據(jù)需要增加材料。 一般 形狀的 零件建模常用兩類特征：實(shí)體特征和基礎(chǔ)特征。所謂實(shí)體特征是可以直接構(gòu)建實(shí)體模型，形成實(shí)體表面的特征，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合、孔、倒角、倒圓角、抽殼等。而基準(zhǔn)特征只是用于構(gòu)建實(shí)體特征時(shí)的參照特征，如基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點(diǎn)等，屬于虛擬特征。 在 pro/e環(huán)境下建立鐵 基齒輪零件模型如下 圖 41 圖 41(a) 圖 41（ b） 產(chǎn)品零件的 pro/e 模具成形及 生成 工程圖 使用 pro/e軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的一般 分為下面 五個(gè) 步驟 : (1) 導(dǎo)入產(chǎn)品零件 在 pro/engineer tool design 模塊環(huán)境下，導(dǎo)入在建模狀態(tài)下已生成的零件模型，為模具設(shè)計(jì)提供素材。 （ 2）生成模具基體 這也是一個(gè)實(shí)體模型，相當(dāng)于模具制造的材料，其大小必須可以容納設(shè)計(jì)零件，因?yàn)槭怯伤赡＞吡慵?。可以模具圖號(hào)命名此零件，如 。 (3) 生成過(guò)渡裝配體 這是一個(gè)裝