真空擠壓成形機螺旋葉結構圖的繪制方法

蔡祖光

摘 要：本文詳細介紹了真空擠壓成形機螺旋葉結構圖（俗稱零件圖或工程圖）的繪制方法，并指出利用三維軟件建模轉換成二維工程圖的繪制方法，是繪制真空擠壓成形機螺旋葉結構圖的最佳選擇。關鍵詞：真空擠壓成形；螺旋葉結構圖；繪制方法；探討

4 不等寬圓柱螺旋葉和圓柱軸轂型不等寬圓錐螺旋葉結構圖的繪制方法探討

繪制等寬螺旋葉的結構圖時，純手工繪制方法誤差較大，繪制效率較低，勞動強度大。但其投影關系清晰，便于理解和閱讀。隨著計算機信息技術的推廣應用，純手工繪制方法已逐漸被計算機輔助繪圖軟件所取代，即采用AutoCAD二維軟件輔助（設計）繪圖時，由于AutoCAD二維軟件具有繪制樣條曲線、復制、陣列、快速捕捉、平移和縮放（縮小或放大）等功能，所以，采用AutoCAD二維軟件提高了繪圖精度和繪圖效率。目前，機械設備制造廠家通常采用AutoCAD二維軟件輔助（設計）繪圖來指導生產，但由于工程圖是通過一組具有規(guī)定表達方式的二維多面正投影，標注尺寸、表面粗糙度及形狀位置公差以及公差配合等要求，沒有顯示空間的構造，需要人們根據工程圖來構思三維模型，這就需要經過專業(yè)培訓的人員才能讀懂工程圖，稍有疏忽，容易出錯。而采用SolidWorks等三維軟件直接構建三維模型（三維實體），直觀性強，便于理解，而且能快速地轉換成工程圖。此外，SolidWorks三維軟件所有的模塊都是完全相關的，也就是說三維實體的某一處進行修改后，其工程圖能自動進行更改。由此可見，三維模型（三維實體）轉換成工程圖的繪制方法是繪制真空擠壓成形機螺旋葉最理想的方法。本文采用三維模型（三維實體）轉換成二維工程圖的繪制方法，重點介紹不等寬圓柱螺旋葉（如：螺旋推進器）和圓柱軸轂型不等寬圓錐螺旋葉（如：錐形螺旋葉）結構圖的繪制方法。

4.1 圓柱軸轂型不等寬圓錐螺旋葉

在實踐生產中，圓柱軸轂型不等寬圓錐螺旋葉俗稱錐形螺旋葉，通常用于雙軸真空擠壓成形機上部攪泥裝置的最末端錐形攪泥螺旋和下部擠泥裝置真空室出口處的錐形擠泥螺旋，迫使陶瓷泥料向軸線聚攏，減少陶瓷泥料的孔洞率（孔隙率），促使其致密度和可塑性得到最大限度地提高，有利于陶瓷坯體的塑性擠出成形。為了描述方便，設錐形螺旋葉的軸向長度為237 mm，大端螺旋葉直徑為φ388 mm，小端螺旋葉直徑為φ250 mm，圓柱軸轂直徑、軸孔直徑、鍵槽尺寸規(guī)格（只有一個鍵槽）及葉片厚度等尺寸等同于上述等寬圓柱螺旋面的相關尺寸，其三維模型的繪制方法如下：

（1） 利用凸臺/基體掃描特徑生成圓柱螺旋面

在選定的基準面上插入草繪平面并繪制一個螺距的螺旋線（螺旋線的圓柱直徑為螺旋葉軸轂直徑φ112.5 mm，螺距為螺旋面的螺距237 mm），即掃描路徑；再通過螺旋線的起點并與該點螺旋線的切線垂直的平面內插入繪制一個封閉的帶外圓弧鏈接的矩形（即螺旋葉葉片的端面圖，不包括螺旋葉的軸轂部分）的草繪平面，即需要掃描的外形輪廓，如圖5所示。其中，137.75 mm =（388-112.5）÷2，掃描后獲得一圓柱螺旋面。

（2） 利用拉伸凸臺/基體特徑生成錐形螺旋葉的軸轂圓柱面

在繪制螺旋線的基準面上，插入繪制一直徑等于錐形螺旋葉軸轂直徑Φ112.5 mm圓的草繪平面，拉伸深度為錐形螺旋葉的軸向長度237 mm，注意拉伸的方向即可。

（3） 利用切除拉伸特徑生成軸孔鍵槽面

選取螺旋圓柱軸轂端面為基準面，插入繪制一直徑等于錐形螺旋葉軸孔直徑Φ70 mm的圓并且?guī)фI槽（鍵槽寬20 mm、鍵槽深4.9 mm）的草繪平面，并注意鍵槽的方向（相對螺旋軸轂圓柱兩端面的葉片的角度），切除拉伸深度為螺旋葉的軸向長度237 mm，注意切除拉伸的方向即可。

（4） 利用切除拉伸特徑生成螺旋圓柱軸轂內腔型面（即Φ85×137圓柱面）

選取平行并且距螺旋圓柱軸轂端面為50 mm處作一基準面，插入繪制一直徑等于錐形螺旋葉圓柱軸孔空腔直徑Φ85 mm圓的草繪平面，切除拉伸深度為錐形螺旋葉圓柱軸孔空腔的軸向長度137 mm，注意切除拉伸的方向即可。

（5） 利用切除拉伸特徑生成螺旋圓柱軸轂兩端面Φ116 mm的圓柱面

分別選取螺旋圓柱軸轂的兩端面為基準面，插入繪制一直徑為Φ116 mm的圓的草繪平面，切除拉伸深度一端為20 mm；另一端為35 mm，注意切除拉伸的方向即可。

（6） 利用切除拉伸特徑生成錐形螺旋葉的外緣

選取與葉片平齊的端面為基準面，插入繪制錐形螺旋葉小端直徑Φ250 mm圓的草繪平面，選取反向切除拔模拉伸，其中：切除拉伸深度為252 mm，切除拉伸拔模斜度為15.31°，即：arctg[（388-250）÷（2×252）]。

（7） 利用實體的圓角特徑生成錐形螺旋葉圓柱軸孔內腔兩端面的圓角

分別選取錐形螺旋葉軸孔內腔的拐角處進行半徑為R5（mm）的圓角處理即可。

（8） 利用實體的倒角特徑生成錐形螺旋葉的倒角

分別選取錐形螺旋葉軸孔φ70 mm的四個端面圓進行2（mm）×45°的倒角處理，即得一個螺距的不等寬圓錐螺旋葉（錐形螺旋葉）的三維模型（也稱三維實體），其軸測圖如圖6所示。

（9） 將三維模型轉變?yōu)槎S的CAD零件圖的繪制

將一個螺距不等寬圓錐螺旋葉（錐形螺旋葉）的三維模型（三維實體）轉變成二維的CAD零件圖，然后對其進行尺寸標注、粗糙度標注、形狀位置公差標注、公差配合標注等技術要求及填寫標題欄后，得其結構圖如圖7所示。

4.2 不等寬圓柱螺旋葉

不等寬圓柱螺旋葉，通常用于真空擠壓成形機擠泥裝置中最末端（從真空室算起）的擠泥螺旋（俗稱螺旋推進器），通常采用雙線、三線甚至四線螺旋面制成，一般屬于圓柱圓錐組合軸轂，因此，陶瓷

泥料在螺旋推進器的作用下，向軸線聚攏并均勻推進擠壓筒及機嘴（也稱成形模具），從而最大限度地減少陶瓷泥料的孔洞率（孔隙率），促使其致密度和可塑性得到最大限度地提高，有利于陶瓷坯體的塑性擠出成形。為了描述方便，設雙線螺旋葉的軸向長度為222 mm，其中半螺距為115 mm，圓錐軸轂的軸向長度為125 mm，大端軸轂直徑為Φ112.5 mm，小端軸轂直徑為Φ50 mm，小端緊固螺栓用孔為Φ30 mm，雙線螺旋葉的直徑為250 mm，鍵槽退刀槽尺寸為10×Φ85（mm）， 軸孔深度為101 mm，螺旋軸轂直徑、軸孔直徑、鍵槽尺寸規(guī)格（只有一個鍵槽）及葉片厚度等同于上述等寬圓柱螺旋面的相關尺寸，其三維模型的繪制方法如下：

（1） 利用凸臺/基體掃描特徑生成圓柱螺旋面

在選定的基準面上，插入繪制半個螺距的螺旋線（螺旋線的圓柱直徑為圓錐軸轂的小端直徑Φ50 mm，螺距為螺旋面的螺距2×115 mm =230mm）的草繪平面，即掃描路徑；再通過螺旋線的起點并與該點螺旋線的切線垂直的平面內插入繪制一個矩形（即螺旋葉葉片的端面圖，不包括螺旋葉的軸轂部分）的草繪平面，即需要掃描的外形輪廓，如圖8所示。其中，100 mm =（250-50）÷2），掃描后獲得一圓柱螺旋面。

（2） 利用拉伸凸臺/基體特徑生成雙線螺旋葉的圓柱圓錐組合軸轂面

首先，在繪制螺旋線的基準面上，插入繪制一直徑等于圓錐軸轂小端直徑Φ50 mm圓的草繪平面，向外拔模拉伸，其中拉伸深度為圓錐軸轂的軸向長度125 mm，向外拔斜度為14.04°，即：arctg[（112.5-50）÷（2×125）]，注意拉伸的方向即可生成圓錐軸轂面。其次，選取圓錐軸轂面的大端面作為基準面，插入繪制一直徑等于圓錐大端直徑Φ112.5 mm圓的草繪平面，拉伸深度為97 mm（222-125=97），注意拉伸的方向即可生成圓柱軸轂面。

（3） 利用圓周陣列特徑生成另一圓柱螺旋面

選取圓柱圓錐組合軸轂的軸心線作為圓周陣列的基準軸，然后選取圓柱螺旋面作為圓周陣列對象，選定圓周陣列的總數為2，及角度間距為180°即可生成另一圓柱螺旋面，從而獲得雙線螺旋面。如果是三線或四線螺旋面，那么選定的圓周陣列的總數分別為3或4，圓周陣列的角度間距分別為120°或90°，即可獲得三線或四線螺旋面。

（4） 利用切除拉伸特徑生成軸孔、鍵槽型面

選取螺旋圓柱軸轂端面為基準面上，插入繪制一直徑等于雙線螺旋葉軸孔直徑Φ70 mm的圓并且?guī)фI槽（鍵槽寬20 mm、鍵槽深4. 9 mm）的草繪平面，并注意鍵槽的方向（相對螺旋軸轂圓柱兩端面的葉片的角度），切除拉伸深度為螺旋葉的軸向長度101 mm，注意切除拉伸的方向即可。

（5） 利用切除拉伸特徑生成退刀槽及緊固螺栓用孔

首先，選取軸孔直徑Φ70 mm深度101 mm的端面作為基準面，插入繪制一直徑等于鍵槽退刀槽直徑Φ85 mm的圓的草繪平面，切除拉伸深度為鍵槽退刀槽的軸向長度10 mm，注意切除拉伸的方向即可。其次，選取圓柱圓錐組合軸轂的小端面作為基準面，插入繪制一直徑等于緊固螺栓用孔直徑Φ30 mm的圓的草繪平面，切除拉伸深度為緊固螺栓用孔的軸向長度111 mm，注意切除拉伸的方向即可，當然切除拉伸深度也可以選擇完全貫通，也可以選用退刀槽底部Φ85 mm的圓柱端面作為切除拉伸基準面等。

（6） 利用實體的倒角特徑生成雙線螺旋葉的倒角

分別選取雙線螺旋葉軸孔Φ70 mm的兩個端面圓、緊固螺栓用孔Φ30 mm的兩個端面圓及端面Φ70 mm的外圓進行2 （mm）× 45°的倒角處理，即得半螺距的不等寬圓柱螺旋葉（雙線螺旋葉）的三維模型（也稱三維實體），其近似軸測圖（螺旋葉根部圓弧未畫）如圖9所示。

（7） 不等寬圓柱螺旋葉的三維模型轉換成二維的CAD零件圖的繪制

將不等寬圓柱螺旋葉（雙線螺旋葉）的三維模型（三維實體）轉換成二維的CAD零件圖，再添加半徑為R20的螺旋根部的連接圓弧，然后對其進行尺寸標注、粗糙度標注、形狀位置公差標注、公差配合標注等技術要求及填寫標題欄后得結構圖如圖10所示。

4.3 等寬圓錐螺旋葉、圓錐軸轂型不等寬圓錐螺旋葉及圓柱圓錐組合軸轂型不等寬圓錐螺旋葉

在實踐生產中，即使等寬圓錐螺旋葉、圓錐軸轂型不等寬圓錐螺旋葉及圓柱圓錐組合軸轂型不等寬圓錐螺旋葉的應用較少。但其三維實體的繪制都可以參考不等寬圓柱螺旋葉及圓柱軸轂型不等寬圓錐螺旋葉的建模方法進行創(chuàng)建，因篇幅有限，本文不再贅述。值得注意的是，在它們生成螺旋面的掃描外形（輪廓）時，只能采用矩形截面（如圖8所示，只是尺寸不同而已）。同時，在三維實體轉換成二維的CAD零件圖后，再添加螺旋葉根部的連接圓弧，然后對其進行尺寸標注、粗糙度標注、形狀位置公差標注、公差配合標注等技術要求及填寫標題欄后，即可獲得其相應的結構圖。

5 結語

三維設計繪圖軟件提供了一個基于過程的虛擬產品開發(fā)設計環(huán)境，使產品開發(fā)從設計到加工制造真正實現了數據的共享，優(yōu)化了企業(yè)產品的設計及其加工制造。目前，機械設計制造行業(yè)應用廣泛的主流三維設計繪圖軟件主要是SolidWorks、Pro/ENGINEER Wildfire（簡稱Pro/E）、UnigraphicsNX（簡稱UG）三維軟件，其中SolidWorks三維軟件不僅具有強大的實體造型功能、曲面設計功能、虛擬產品裝配功能和工程圖生成等設計功能，而且在產品的設計過程中可以進行有限元分析、機構運動分析及其仿真模擬等，從而提高了產品的設計可靠性。而且SolidWorks三維軟件所有的模塊都是完全相關的，也就是說在產品的設計開發(fā)過程中，某一處進行的設計修改能自動添加到整個機械設計加工制造過程中，也能同時自動更新所有的工程文件數據（包括：裝配體、二維工程圖以及加工制造數據等）。

一般來說，機械零件越復雜，其三維模型的穩(wěn)定性、可靠性及可修改性就越差，在零件的建模過程中，特定的生成順序是非常重要的。不同的建模過程雖然能構建出同樣結構的零件實體，但其建模（造型）過程及實體的圖形結構直接影響到三維實體模型的穩(wěn)定性、可靠性、可修改性及可理解性。因此，在機械零件的造型過程中，應盡量簡化實體零件的特徑結構。同時，考慮到三維設計繪圖軟件能與其它CAD二維軟件進行數據共享，快速繪制零件的工程圖紙，以指導產品的加工制造，提高產品的設計制造效率，適應市場的需要，贏得更多的市場份額。由此可見，三維模型（三維實體）轉換成二維工程圖的繪制方法是設計繪制真空擠壓成形機螺旋葉結構圖（俗稱零件圖或工程圖）的最佳選擇。

參考文獻

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