楊 根 張立昌

（西安工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心 西安 710048）

1 引言

連桿作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成零件之一，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、船舶等行業(yè)，需求量較大。連桿在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部主要起到傳遞扭矩的作用，由于長(zhǎng)期處在高速、交變載荷工況下，工作時(shí)間較長(zhǎng)磨損嚴(yán)重，極易發(fā)生疲勞破壞、斷裂，其性能的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行［1～2］，因而連桿要求應(yīng)具有良好的機(jī)械性能和加工精度?？紤]連桿和曲軸拐頸相連的半圓叉形部分，以及通過(guò)活塞銷(xiāo)與活塞相連的小頭部分需要機(jī)械加工外，其他表面加工較少，鍛造表面占到80%以上，采用精密鍛造工藝生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高精度的連桿鍛件，可滿足使用要求。此外連桿需要采用大批量機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)方式，這就要求連桿鍛件應(yīng)具有較高的重復(fù)精度，以滿足機(jī)械加工工藝的要求。

考慮以上情況，該鍛件采用無(wú)余量精密鍛造工藝進(jìn)行加工［1～2］。模具采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)UG 軟件完成模具設(shè)計(jì)以及編制數(shù)控加工程序，借助企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備，加工出滿足企業(yè)要求的模具，降低模具成本，提高模具的使用壽命，保證產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率［3～5］。

2 零件工藝分析

如圖1所示為連桿的零件圖，作為傳動(dòng)扭矩的重 要 零 件，其 力 學(xué) 性 能 要 求 高［6～7］，材 料 選 用41CrMoA，材質(zhì)系數(shù)為M1，鍛件質(zhì)量為0.48kg，高度為18.6mm，中心距為140mm，連桿桿部為工字型。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模鍛斜度設(shè)為7°，以便于從鍛模型槽中取出，鍛件分模位置應(yīng)該選在具有最大水平投影尺寸的位置，如圖2所示。

圖1 連桿鍛件圖

圖2 鍛件三維模型及分模面

3 連桿鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 鍛件的上模

連桿的模膛數(shù)目及布局有一模一件布局、一模兩件布局、一模三件布局等多種形式，本產(chǎn)品根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性，本模具采用一模兩腔、連桿頭尾倒置的結(jié)構(gòu)形式［8］，具有模膛布局緊湊，連桿質(zhì)量波動(dòng)小，金屬流線形好等優(yōu)點(diǎn)；另外提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。如圖3、圖4 所示分別為鍛件的上、下模的外形尺寸及布局形式，模具材料均為5CrNiMo。

圖4 鍛件的下模

4 模具的數(shù)控加工

UG NX 以CAM 基礎(chǔ)模塊作為連接所有加工模塊的基礎(chǔ)，可根據(jù)現(xiàn)有的模具三維模型，通過(guò)選擇相應(yīng)的模塊進(jìn)行自動(dòng)編程。根據(jù)點(diǎn)位加工編輯功能，按照用戶(hù)需求進(jìn)行靈活的修改和剪裁、定義標(biāo)準(zhǔn)化刀具庫(kù)、加工工藝參數(shù)樣板庫(kù)，使用粗加工、半精加工、精加工等操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工。

4.1 模具加工工藝分析

模具零件在具體加工過(guò)程中，選擇合適的加工工藝至關(guān)重要，其直接影響模具零件的加工精度。如圖3、4 所示為模具的工程圖，外形尺寸為288mm×348mm×160mm，根據(jù)零件工程圖可知零件尺寸較大、加工特征面較多、加工難度較大；同時(shí)模具材料采用5CrNiMo，具有良好的韌性、強(qiáng)度和高耐磨性，屬熱作模具鋼。加工工藝按照先粗后精、先主后次的原則，根據(jù)不同的特征面選擇合適的刀具以及加工工藝參數(shù)，如表1 所示為該模具加工的具體工藝路線方案［9～10］。

4.2 編程及生成刀路軌跡

根據(jù)表1 模具的加工工藝方案，利用UG 軟件的CAM 模塊創(chuàng)建加工工序，具體詳細(xì)步驟如下［11～12］。

1）創(chuàng)建加工坐標(biāo)系MCS，位于毛坯上表面中心位置，指定安全平面，距離毛坯上表面20mm，如圖5所示。

表1 連桿模具數(shù)控加工工藝流程

圖5 創(chuàng)建MCS及安全平面

2）指定部件和毛坯以及切削區(qū)域。

3）創(chuàng)建使用的刀具，定義相關(guān)刀具參數(shù)。

4）指定工藝方案，創(chuàng)建加工工序，生成加工軌跡，如圖6所示為上、下模型腔粗加工刀路。

5）模擬仿真加工，所有刀路軌跡生成后，需進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真，如圖7所示。

圖6 模具上、下模粗加工軌跡

4.3 后置處理過(guò)程

經(jīng)NX UG10.0 軟件生成的刀路軌跡包含了切削刀具位置及機(jī)床控制指令的加工刀軌文件［13］，該刀軌文件不能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床加工，需要調(diào)用專(zhuān)用后處理器，如圖8 所示。將其轉(zhuǎn)換為特定機(jī)床控制器所能接受的NC 程序，對(duì)刀路軌跡文件進(jìn)行后置處理，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為符合設(shè)備加工要求的編程代碼，最后將代碼程序?qū)雽?duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床，加工出符合圖紙要求的模具。

圖7 下模型腔仿真加工

圖8 專(zhuān)用后處理器及下模型腔粗加工程序

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合連桿鍛件自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、模具零件的加工工藝及UG 軟件的編程仿真方法，創(chuàng)建加工該連桿模具的編程代碼，經(jīng)仿真檢驗(yàn)無(wú)誤后，直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。加工出來(lái)的模具鍛造的連桿零件性能滿足使用要求，為其他相似零件的數(shù)控加工工藝方案提供一定的理論依據(jù)和參考價(jià)值，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。