多速软轴式模具电磨的设计

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模具的型面-般是复杂的自由曲面，材料的硬度又较高，传统的模具型腔加工方法是在退火后进行铣削加工，然后经过热处理、磨削或电火花加工，最后作打磨、抛光等光整加工。抛光工艺包括机械抛光、特种抛光、复合抛光三大类 ，通常的机械抛光由钳工采用手工工具进行，其生产效率低、劳动强度大，加工表面质量稳定性差。如果采用电动工具则可以大大减轻劳动强度、提高工作效率，实现手工操作机械化[6-81。设计了-种可用于模具型腔加工和打磨、抛光的模具电磨，配备成形铣刀和多种形状的磨头实行快速更换，通过高速旋转进行微量铣削、磨削和抛光等，可以完成复杂结构模具各个部位各种形状的光整加工。

2方案设计为了能用多种磨头对各种形状的表面进行不同形式的加工，模具电磨选用输出功率较高的l，型电动机。由于电机的转速不能直接满足加工的需要，因此应 十增速和减速机构。另外为了方便Ⅱ工的操作，采用软轴传动，将电机的转动传到工作手柄，再带动各种形状的磨头以较高的速度旋转。昕设计的模具电磨总体方案，如图 1所示。本设计方案主要由电动机 I、-级变速箱 3、j速变速箱(包括变速齿轮组4和变速轴 5)、软轴 7、 作手柄 8和磨头 9等几个部分组成。由于y型电动机转速不够高，根据需要设计了-个齿轮变速箱，通过齿轮变速达到较高的转速，然后用-种开有偏心孔的变速轴机构实现三种速度的变换∮着由软轴将输出轴的转速和功率传给工作手柄，工作手柄上的开花夹头将所需要的工作转速和功率传递给磨头，实现对工件的加工。

3变速机构的工作原理从结构和功能上，电动工具应具备结构紧凑、轻便灵巧、操作舒适的特点，因此变速部分不宜采用尺寸较大的变速箱结构。

本设计中采用了变速轴带动不同的从动齿轮与主动齿轮啮合来实现多速可调这-功能，大大地简化了结构。变速机构的结构示意图，如图2所示。转速变换是通过调节齿轮箱端部的变速轴 6来实现的。从动齿轮 2，3、4的回转轴通过轴承安装在变速轴的偏心孑L内，而变速轴的外圆周上设有变速定位孔 I、Ⅱ、Ⅲ及连接其间的导向槽，如图3所示。移动、转动变速轴，改变啮合中心距，可使不同齿数的从动齿轮与主动齿轮进入啮合，从而改变传动比，来稿日期：2012-09-l1基金项目：江苏剩洋资源开发研究院科技开放基金项目(JSIMR1 I A01)作者简介：杨建明，(1965-)，男，江苏常州人，博士，教授，主要研究方向：精密与特种加工第 7期 杨建明等：多速软轴式模具电磨的设计 237得到不同的输出转速。

7891.电动机 2联轴器 3.-级变速箱 4.变速齿轮组 5.变速轴6.插销 7欺轴 8.工作手柄 9.磨头图 l模具电磨总体方案Fig.I Overall Plan of the Electric Grinder for Die and Mouldl插销 2、3、4从动齿轮 5.主动齿轮 6.变速轴图 2变速机构结构图Fig.2 The Speed Change Mechanism1.定位孔(I、Ⅱ、Ⅲ)2.导向槽 3.偏心 L图 3变速轴结构示意图Fig.3 Structural Representation of the Shifting Shaft齿轮位置是从动齿轮 2与主动齿轮 5啮合，如图2所示∩获得-档速度，此时定位插销 1插在变速轴6上左边的定位孔 I中。

如果转动与插销相连的变速手柄，使插销从定位孑L l中拔出、对着变速轴上的轴向导向槽时，可将变速轴往左拉到插销与变速轴上的周向槽对准时，再旋转变速轴，至插销对准变速轴上中间的定位孔Ⅱ后，鹏变速手柄，则可使从动齿轮3与主动齿轮5啮合，获得第二档速度；如果再转动变速手柄提起插销，将变速轴往左拉后旋转，使插销到达变速轴上右边的定位孔Ⅲ的位置，鹏变速手柄，则从动齿轮4与主动齿轮5啮合，即能获得第三档速度。

4变速轴旋转角度的计算变速过程中，变速轴的运动方式是直线运动和圆周运动。变速轴旋转过程中从动齿轮2，3、4分别与主动齿轮5啮合的方位图，如图4所示。图中：O为变速轴的轴心，变速轴旋转时带动从动齿轮轴的轴线围绕该中心转动。当从动齿轮轴的中心位于O 时，从动齿轮2与主动齿轮5啮合。当变速轴轴向移动并转过角度 ，后，从动齿轮轴的中心位于O ，使从动齿轮3与主动齿轮5啮合。同理，当变速轴再轴向移动并转过-个角度 时，从动齿轮轴的中心将位于O ，使从动齿轮4与主动齿轮 5啮合。设主动齿轮5、从动齿轮2、3、4的分度圆直径分别为d 、d：、d3和 d4，从动齿轮轴与变速轴之间的轴心距离(即变速轴上偏-CCfL的偏心距)为 e，则在 AO0。0，中 。

--'2 --/-- / 1.从动齿轮轴线的运动轨迹 2.从动齿轮 2的分厦圆3.从动齿轮3的分度圆 4.从动齿轮4的分度圆 5.主动齿轮5的分度圆图4变速齿轮啮合方位图Fig.4 Meshing Diagram of the Change GearsOO ：D。D：-OO ：华 OO3 ；D ：掣 根据余弦定理，得2：cos 0(华 -e -(华 )2 dd2- - 1- (2d.吐d，)(d2-d )-4e(d d )8e4e(d d2)-8e而 ： 02O03180。～ 0 003故 .：180-arccos( ± ± 二生 )-±墅二4edld2)-8e。

(2d d：以)(d2- )-同理，/-0，004180-arccos--二4出址 --±。4e(dId2)-8e队 2 03D /-02004-A.O2O03： m 。。 ! ± ± 2 二 二 -± j±堑：-4e(d )-8e.dm 。。 三 ! ± 二 )二 !堡4e(d )-8e(下转第241页)NO.7July.201 3 机 械 设 计 与制 造 241中可以看出型坯的上表面温度较高，从上到下温度逐渐降低，通过水平切面云图可以看出在水平方向型坯的温度分布较为均匀，没有出现局部温度相差较大的现象。

通过对主模部分和下子模的冷却分析我们可以得出，对于主模来说型坯的冷却效果较好，240s后制品温度平均温度 3l ，取出制品后制品变形较校而子模部分由于 L环成因的原因，是制品在桶底和桶顶壁厚较大且不规范，冷却效果不佳，同时45#钢的热传导率远低于ZL97的原因也很到的影响到冷却效率。同时我们可以得出：加快冷却水的流速不会提高下子模冷却效率，由于试验中冷却水的进出口温差很校6结束语利用 SolidWorks完成了对双 L环 200L大型物料桶的大型中空吹塑模具的典型设计，设计思路有别于传统的注塑模具，设计中重点对主模部分和子模部分的冷却和排气方式进行了独到的设计，降低了加工的难度。最后利用FlowSimulation流体与热耦合分析功能对冷却水道进行了验证性模拟，避免了对流系数难以确定的问题。通过对冷却水道的有限元分析可以提前预知模具冷却效果，减少模具的试模次数，提高模具的-次成功率。冷却分析结果指导模具水道设计，同时有限元分析中边界条件的设定也会-定程度上影响分析的准确性。总体来讲本次设计思想和方法对中空吹塑模具的设计和判断冷却水路合理与否有具有-定的指导意义。