基于SolidWorks的深孔件冷挤压工艺设计 - 文章

基于SolidWorks的深孔件冷挤压工艺设计

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现代机械制造工业向少、无切削方向发展，挤压件越来越受到企业的重视。冷挤压零件设计时根据挤压变形特点，对原产品零件图进行适当的修改，使之具有良好的可挤压性。由此可知，为了生产出高质量、高效益的产品，对冷挤压件图设计的合理性及冷挤压工艺的可行性进行分析显得尤为重要，这需要长时间的生产实践来进行知识的积累。因此，对于刚从事冷挤压工作的人员来说，势必需要花去大量的时间去翻阅资料以及选择工艺分析方法，但是如果把具有相似特征的零件的工艺分析方案进行归类，采用统一化、通用化、系列化、组合化的方式进行设计，既可以缩短产品生产周期，又可以积累设计的经验。使设计者快速地掌握冷挤压设计的要领，为以后的新产品的开发打下基础。此外，通过标准化的工艺分析，可以减少重复性的劳动。所以建立一个供设计时调用的标准工艺分析系统，不但可以提高产品的可行性和合理化，而且可以加快产品设计更新的速度，增加市场竞争能力，降低成本，增加利润。SolidWorks是目前机械制造业应用非常广泛的一个三维CAD软件，具有配置管理、协同工作、零件建模、装配设计、全相关工程图、钣金设计、有限元分析、动态仿真等多项功能。由于采用了特征建模技术和设计过程的全相关技术。而且为用户提供了功能强大的API接口．其宏录制功能更是为用户二次开发提供了方便。利用参数化驱动可以快速地生成三维实体以及二维工程图。是目前进行工艺分析标准化开发的理想工具。

1 设计思路

下面以一端粗大的轴类件为例，介绍以VB为开发平台，利用SolidWorks建立此类件的工艺分析的常用方法。如图1所示。该类型是典型的正挤压件，成形方案如表1所示。

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图1 连接拉杆挤压件图

首先将零件的尺寸数据输入数据库，然后根据材料种类调用材料库，按照毛坯直径选择成形方案．利用VB通过调用SolidWorks的API函数绘制零件的模型。再调用零件尺寸数据对模型进行参数化驱动并显示零件质量特性。根据体积不变原则．可以求出毛坯尺寸特征．再通过工艺规则判断如果满意就填写工艺过程卡片，否则，改变工艺方案或改变零件尺寸参数。程序的运行交互界面如图2所示。图3为程序流程图。

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图2 用户交互界面

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图3 程序流程图

2 数据处理

目前，数据库处理技术主要有DAO、RDO和ADO技术。由于ADO可更好地用于网络环境．而且使用简单，所以本文采用ADO进行数据操作。首先在一个打开的VisualBasic6．0的工程中．在"可用的引用"列表中选择MicrosoftActiveX DataObjiects2．7Library选项．这样便加入了对ADO的引用，然后用Access建立数据库"数据库．mdb"，在数据库中添加表"模型参数库"，数据库的Fields(0)对应模型名，Fields(1)、Fields(2)、Fields (3)、Fields(4)分别对应模型的尺寸参数d1、d2、h1、h2…，与应用程序存于同一目录下，然后用VB进行调用。程序略。

3 参数化驱动

首先建立SolidWorks连接．打开一个SolidWorks的模型，把零件参数赋给模型参数库。通过数组D(x)与尺寸参数对应起来，利用SolidWorks的API函数进行参数化驱动。程序略。

4 获取零件体积特性

在挤压工艺设计过程中，挤压变形前后其体积不变是重要的设计原则。SolidWorks提供的API函数可以随着零件尺寸参数的变化求出其对应的体积．并能根据体积不变原则确定其所需毛坯的尺寸。这对设计者来说减少了大量的体积计算，提高了设计效率和准确性。程序略。

5 半轴冷挤压零件工序设计

半轴零件图如图4所示，挤压材料为20号冷拉钢。其挤压件图如图1所示，首先输入挤压件尺寸参数特征，调用材料数据库。

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图4 半轴零件

5．1选择方案I

采取与头部直径(Φ11mm)相同的坯料，直接正挤出4mm的杆部。调用SolidWorks的API函数。通过参数驱动绘制三维实体，得到其体积特性(743．2立方毫米)以及毛坯尺寸(Φ11 mmx7．8mmm)，如图5所示。对方案I进行工艺规则判断。首先进行变形量计算，如图6所示。程序调用材料数据库得到20钢的许用变形程度为80％，而根据实心件正挤压变形量计算规则得到86．78％。由专家知识判断，此方案超出20钢一次挤压的许用变形程度。故不可以一次正挤压成形。

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图5 方案I的用户交互界面

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图6 变形量计算

5．2选择方案Ⅱ

取与杆部直径(Φ4mm)相同的金属线材镦制头部。图7为方案二的用户交互界面。通过调用SolidWorks的API函数．进行参数驱动绘制实体，很容易得到其体积特性(743．2立方毫米)以及毛坯尺寸(Φ4mm×59．2mm)。对方案II进行镦挤规则判断，通过【上翻】、【下翻】按钮选择判断规则。软件给出的判断结果是：不满足镦粗要求。实际情况也正是如此。生产中必须对长度为19．14mm，高度与直径比为4．75部分的材料。至少进行3次镦挤，而且质量难以控制。故此方案不应选取。

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图7 方案II的用户交互界面

5．3选择方案Ⅲ

在挤压件头部直径(11mm)与杆部直径(4mm)之间取一尺寸作为坯料的直径，既能满足剪切下料的工艺要求(高度／直径≥1)，又可合理的分配变形程度．从而使整个变形比较均匀。当选取的毛坯直径为中间值．则必然增加工序。如图8所示．在用户界面设计了两个参数驱动窗体，把毛坯与预成形件同时显示以便设计，当点击【下一步】按钮时将以上一步的预成形件作为毛坯进入下一工序设计。利用VB调用SolidWorks的API函数，可以很方便地完成不同直径毛坯的工艺判断。根据体积不变原理．可以方便地求出中间状态毛坯的尺寸特征。

根据专家知识确定变形工序：首先正挤出4mm直径的杆部。入模角选取135°．然后将头部镦压成形。表2列出了两种不同成形方法的规则判断(镦挤规则如图7所示)结果，及利用图算法求出的单位挤压力和挤压力。通过表2对比可以发现最好的毛坯直径应该选取在,08mm左右。

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图8 方案III的用户交互界面

6 结论

利用VB开发SolidWorks．建立零件工艺分析标准库是一个有效、实用、方便的方法。针对挤压件某类特征建立标准的工艺判断规则。不但提高了产品质量．同时也减少了设计周期以及重复性劳动。该方法对建立行标、厂标等标准件库也同样使用，对推动挤压工艺分析的标准化、系统化有着非常重要的意义。

(1)可提高企业产品开发能力，增强企业对市场的应变能力和竞争能力。
(2)可促进产品结构调整，加速产品更新换代步伐。
(3)可实现冷挤压工艺分析的全程计算机辅助设计。
(4)可促进和带动现代化管理模式和管理技术的应用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/12/2009)


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