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1、连杆锻模的建模、仿真加工及机械分析引言：连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成
2、椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。本次作业中的连杆毛坯是用锻模整体加工的，本篇的基本内容包括：连杆毛坯的solidworks建模，基于Mastercam的连杆锻模的仿真加工，以及用Ansys对连杆锻模进行机械结构分析。一、连杆毛坯的solidworks建模过程目标：建立如图1所示的连杆锻模毛坯的三维模型1.1建立基体的拉伸草图绘制两个半径为40和20的圆，两圆圆心距离为1
3、30；然后利用三点画圆弧命令绘制两圆的相切弧（可以先绘好之后选中弧与某一个圆，然后添加约束为相切），弧半径为240；然后利用修剪命令对多余的线段修键。最终草图如图2所示。拉伸草图1在拉伸草图1的基础上使用拉伸命令，设置拉伸深度为10，把魔角度值为5。结果如下图所示：1.2编辑凸台草图2，并拉伸在连杆大端绘制半径为40的圆，注意在绘制该草图时，要选中草图所在的面，然后点击主菜单上的进入草图命令，即重新生成草图，而不能在草图1的基础上进行草图编辑。拉伸草图2在草图2的基础上进行深度为20，拔模角度为5的操作结果如下图：同理，对连杆的小端绘制草图并进行拉伸命令，结果如下：1.3绘制连杆中部凹槽的草图
4、4，并拉伸切除基本操作是：选中大小端中间的部分，然后进入草图绘制，选择实体转换命令，连杆底部的轮廓及大小端与底部相交的圆弧部分将变为草图，然后再此基础上对草图进行等距实体命令（圆弧等距10，基部轮廓等距6），修剪命令，圆角命令（圆角半径为6）。如下图所示：拉伸切除草图4在特征选项下，选中草图4，然后选择拉伸切除命令，设置深度为6，角度为30，结果如下：图51.4大小凸台球碗的生成大凸台球碗的生成，先绘制草图如下：图6注意旋转轴与母线要构成封闭的区域，并且两者不能有交叉。旋转的参数以图中的水平线为旋转轴旋转360度，结果如下图：图7小凸台球碗的生成：草图绘制如下，图8旋转后如下图91.5倒圆角在
5、特征选项下，点击倒圆角命令，然后选择大凸台与基本交线，在对话框中设置圆角半径为10；同理，到其他圆角：小凸台与基本拉伸体的倒角半径为5，所有棱边的圆角半径为3。最终结果如下：图10二、连杆锻模的仿真加工2.1加工前的准备将一中建立的连杆锻造毛坯在solidworks中输出为Parasolid（*.x_t）格式文件以便于导入到Mastercam中加工。导入后的连杆毛坯如下图所示：图11在Mastercam中建立一个长方形（220*100），将连杆毛坯围绕在中心，如下图：图12然后利用拉伸实体命令（拉伸50），建立一立方体将导入的连杆毛坯包围，再对两者进行布尔减运算，得到连杆锻模的下膜，如下图所示
6、：图132.2仿真加工本次加工分为两个阶段：挖槽粗加工和平行精加工。粗加工阶段的主要目标是大量去除材料，提高加工的效率，得到零件的粗略轮廓，然后利用精加工以满足零件设计的精度要求。2.2.1挖槽粗加工（1）选择直径为8mm的平底刀，下刀方式选择螺旋式下刀，加工余量设置为0.3mm，切削方式选择等距环切，生成的刀具路径如下图所示：图142.2.2平行精加工（1）刀具路径参数连杆毛坯上的最小圆角为3mm，因此选择刀角半径为2.5mm的球刀，刀具的直径为5mm，具体参数值如下所示：图15（2）曲面加工参数图16（3）平行铣削参数为了更好的消除平行式加工在加与工方向成90度夹角的垂直表面上加工质量较差
7、的缺陷，将加工角度设置为45度。具体参数设置如下所示：图17（4）最终的刀具路径如下图所示：图182.2.3仿真加工图19加工中图20最终结果三、ansys仿真分析3.1建立模型建立模型包括设定分析作业名和标题；定义单元类型和实常数；定义材料属性；建立几何模型；划分有限元网格。3.1.1设定分析作业名和标题打开ansys，更改文件名为linkage，将solidworks中的连杆毛坯输出为parasolid格式，名字为linkage-1的文件，然后再ansys中打开，如下图所示：图21将标题名字改为static analysis of a rod，然后点击plot-replot，新的标题将在左
8、下角显示。选择plotcontrol-style-solid model facet，然后在对话框的下拉列表中选择normal facet确定，然后选择plot下的replot按钮，将线框转化为实体。如下图所示：图223.1.2定义单元类型选用十节点四面体实体结构单元Tet10Node 92，如下图：图233.1.3定义实常数十节点四面体实体结构单元Tet10Node 92单元不需要设置实常数。3.1.4定义材料属性设置材料的弹性模量为2.06e11，泊松比为0.3，如下图所示：图243.1.5划分网格选用Tet10Node 92单元对三维实体划分自由网格，如下图：图253.2定义边界条件并求解对大端顶面施加面约束，在小端左半圆周面施加大小为1000的面载荷，解算后的结果如下图所示：图263.3查看求解结果零件的在3.2所设定的约束下的应力分布如下图：图27
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