一種帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬熱精密鍛造領(lǐng)域，具體為一種帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]搖臂軸是汽車轉(zhuǎn)向器中的重要部件之一，主要作用是輸出足夠的轉(zhuǎn)向力矩，保證汽車正常轉(zhuǎn)向，也是汽車前橋受到外力沖擊時(shí)，通過齒扇與轉(zhuǎn)向螺母交匯處的關(guān)鍵受力部件。該類零件一般是通過熱鍛模生產(chǎn)扇形鍛件，再通過切削加工成成品的帶齒搖臂軸，由于搖臂軸為異形件，模鍛生產(chǎn)飛邊較大、材料利用率低。鄭州機(jī)械研究所于2011年研制了一種齒形轉(zhuǎn)向搖臂軸熱精密成形方法及其裝置(專利號= 201110099878.1)，實(shí)現(xiàn)了無飛邊、直接成形搖臂軸齒形部分，后續(xù)需少量機(jī)加工。該方法的模具齒形過于精確，可以減少齒形的加工余量，但由于模具齒形形狀過于尖銳會(huì)使模具在高溫高壓環(huán)境下產(chǎn)生壓塌變形等問題，減少模具的使用壽命;模具齒形太過粗鈍可以提高模具壽命，但相應(yīng)鍛件的齒形加工余量增多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明可以提高模具的使用壽命，縮減齒形加工余量。
[0004]本發(fā)明的目的可通過下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明的帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法包括下述步驟:
(1)根據(jù)搖臂軸齒形參數(shù)繪制出搖臂軸零件齒形形狀，將齒形形狀分解為零件齒頂曲線a、零件漸開線曲線b、零件齒根曲線c三部分；
(2)將步驟(1)中繪制出的零件齒頂曲線a、零件漸開線曲線b等距向外偏移，得到齒頂曲線al、漸開線曲線bl;
(3)在步驟(1)中繪制出的零件齒根曲線c外側(cè)擬合不同的齒根曲線，使用材料成形數(shù)值模擬軟件模擬計(jì)算不同齒根曲線的受力狀態(tài)以及溫度場分布，對比模擬結(jié)果，選擇繪制出在鍛造過程中齒根處綜合受力小、摩擦產(chǎn)生的拉應(yīng)力小、適于鍛件材料流動(dòng)的齒根曲線cl ；
(4)將步驟(3)中得到的齒根曲線cl與步驟(2)中偏移的漸開線曲線bl擬合連接成為一體；
(5)將步驟(2)中得出的齒頂曲線al、漸開線曲線bl間的空隙用圓弧圓滑過渡連接；由齒頂曲線al、漸開線曲線bl、齒根曲線cl以及連接齒頂曲線al和漸開線曲線bl曲線的圓弧組成的曲線為模具齒形曲線。
[0005]本發(fā)明步驟(2)所述等距向外偏移的偏移距離為2mm;步驟(3)中所述選取的齒根曲線cl底部與零件齒根曲線c底部距離應(yīng)大于4.5mm;步驟(5)中所述將齒頂曲線al、漸開線曲線bl間的空隙用半徑大于1.5_的圓弧圓滑過渡連接。
[0006]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法可以有效的提高模具壽命，避免模具齒形齒根部因受力大以及溫度過高而產(chǎn)生過早失效現(xiàn)象；同時(shí)在保證模具使用壽命的前提下降低齒形的機(jī)加工余量，提尚廣品的使用性能。
【附圖說明】
[0007]圖1為搖臂軸機(jī)加工后零件齒形曲線示意圖。
[0008]圖2為搖臂軸齒形的零件齒頂曲線、零件漸開線曲線等距偏移后的示意圖。
[0009]圖3為搖臂軸模具的齒根曲線生成示意圖。
[0010]圖4為搖臂軸零件齒形曲線與熱鍛模具齒形曲線的比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述:
本發(fā)明的帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法包括下述步驟:
(1)根據(jù)搖臂軸齒形參數(shù)繪制出搖臂軸零件齒形形狀，將齒形形狀分解為零件齒頂曲線a、零件漸開線曲線b、零件齒根曲線c三部分(如圖1所示)；
(2)將步驟(1)中繪制出的零件齒頂曲線a、零件漸開線曲線b等距向外偏移，得到齒頂曲線al、漸開線曲線bl(如圖2所示)；
(3)在步驟(1)中繪制出的零件齒根曲線c外側(cè)擬合不同的齒根曲線，使用材料成形數(shù)值模擬軟件模擬計(jì)算不同齒根曲線的受力狀態(tài)以及溫度場分布，對比模擬結(jié)果，選擇繪制出在鍛造過程中齒根處綜合受力小、摩擦產(chǎn)生的拉應(yīng)力小、適于鍛件材料流動(dòng)的齒根曲線cl ；
(4)將步驟(3)中得到的齒根曲線cl與步驟(2)中偏移的漸開線曲線bl擬合連接成為一體(如圖3所示)；
(5)將步驟(2)中得出的齒頂曲線al、漸開線曲線bl間的空隙用圓弧圓滑過渡連接；由齒頂曲線al、漸開線曲線bl、齒根曲線cl以及連接齒頂曲線al和漸開線曲線bl曲線的圓弧組成的曲線為模具齒形曲線(如圖4所示)。
[0012]本發(fā)明步驟(2)所述等距向外偏移的偏移距離為2mm;步驟(3)中所述選取的齒根曲線cl底部與零件齒根曲線c底部距離應(yīng)大于4.5mm;步驟(5)中所述將齒頂曲線al、漸開線曲線bl間的空隙用半徑大于1.5_的圓弧圓滑過渡連接。
[0013]更具體說:如圖4所示，模具齒形中的齒根曲線明顯偏離于零件齒形曲線中的齒根曲線。如果模具齒形曲線中的齒根曲線過于接近零件齒形曲線中的齒根曲線，則模具齒根形狀過于尖銳，在高溫高壓的工況下極易產(chǎn)生壓塌變形，進(jìn)而影響鍛件質(zhì)量。綜上所述，本發(fā)明中對齒根處的設(shè)計(jì)方法有效提高了模具的使用壽命;模具齒形曲線中的齒頂曲線與漸開線曲線部分是在零件齒形曲線的基礎(chǔ)上通過等距偏移得出的，其偏移量是通過補(bǔ)償鍛件溫降后收縮量、熱處理后的拋丸磨損量、預(yù)留機(jī)加工量得出的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法，其特征在于:它包括下述步驟: (1)根據(jù)搖臂軸齒形參數(shù)繪制出搖臂軸零件齒形形狀，將齒形形狀分解為零件齒頂曲線a、零件漸開線曲線b、零件齒根曲線c三部分； (2)將步驟(1)中繪制出的零件齒頂曲線a、零件漸開線曲線b等距向外偏移，得到齒頂曲線al、漸開線曲線bl; (3)在步驟(1)中繪制出的零件齒根曲線c外側(cè)擬合不同的齒根曲線，使用材料成形數(shù)值模擬軟件模擬計(jì)算不同齒根曲線的受力狀態(tài)以及溫度場分布，對比模擬結(jié)果，選擇繪制出在鍛造過程中齒根處綜合受力小、摩擦產(chǎn)生的拉應(yīng)力小、適于鍛件材料流動(dòng)的齒根曲線cl ； (4)將步驟(3)中得到的齒根曲線cl與步驟(2)中偏移的漸開線曲線bl擬合連接成為一體； (5)將步驟(2)中得出的齒頂曲線al、漸開線曲線bl間的空隙用圓弧圓滑過渡連接；由齒頂曲線al、漸開線曲線bl、齒根曲線cl以及連接齒頂曲線al和漸開線曲線bl曲線的圓弧組成的曲線為模具齒形曲線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟(2)所述等距向外偏移的偏移距離為2mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟(3)中所述選取的齒根曲線cl底部與零件齒根曲線c底部距離應(yīng)大于4.5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟(5)中所述將齒頂曲線al、漸開線曲線bl間的空隙用半徑大于1.5_的圓弧圓滑過渡連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種帶齒搖臂軸熱鍛模具齒形設(shè)計(jì)方法。該方法包括下述步驟：根據(jù)搖臂軸齒形參數(shù)繪制出齒形形狀，將齒形形狀分解為零件齒頂曲線a、零件漸開線曲線b、零件齒根曲線c三部分；將零件齒頂曲線a、零件漸開線曲線b等距向外偏移，得到齒頂曲線a1、漸開線曲線b1；將零件齒根曲線c外側(cè)擬合不同的齒根曲線，繪制出適于鍛件材料流動(dòng)的齒根曲線c1；將齒根曲線c1與漸開線曲線b1擬合連接成為一體；將齒頂曲線a1、漸開線曲線b1間的空隙用圓弧圓滑過渡連接；由齒頂曲線a1、漸開線曲線b1、齒根曲線c1及連接齒頂曲線a1和漸開線曲線b1曲線的圓弧組成的曲線為模具齒形曲線。本發(fā)明可提高模具的使用壽命，縮減齒形加工余量。
【IPC分類】G06F17/50, B21J13/02
【公開號】CN105447287
【申請?zhí)枴緾N201610062051
【發(fā)明人】王濤, 劉華, 孫紅星, 劉丹, 王偉欽
【申請人】鄭州機(jī)械研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2016年1月29日