[發明專利]采用三階非均勻有理B樣條設計齒輪鍛件鍛模的方法

無效

• 申請號: 201310004020.1
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103056270A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 冀國良;李付國;袁戰偉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B21K1/30
• 分類號: B21K1/30;B21J13/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及金屬材料熱加工的鍛模設計領域，具體是一種采用三階非均勻有理B樣條設計齒輪鍛件鍛模的方法。

背景技術

預成形是利用鍛模將一個簡單形狀的原始坯料逐步變形，以獲得適合成形為復雜鍛件所需的坯料形狀的過程。目前傳統模鍛生產中經常出現飛邊過大、打不靠、充不滿、折疊等成形缺陷的事實表明，按照傳統模鍛工藝設計方法設計的預成形坯料/模膛沒有能夠更好地適應復雜鍛件的基本形狀特征和材料的體積分配特征，沒有能夠更好地反映金屬材料的流動規律。據統計，開式模鍛的飛邊材料消耗為鍛件重量的10%～50%，平均為30%。傳統模鍛生產中經常出現的飛邊過大、打不靠、充不滿、折疊等成形缺陷，造成了材料、能源和資金的極大浪費，增加了生產成本。

傳統模鍛工藝設計中，復雜鍛件的預成形坯料/模膛是通過平面、柱面、錐面、旋轉曲面等規則曲面來逼近的，它實質上是一種經典解析幾何的方法。數學理論證明利用平面、柱面、錐面、旋轉曲面等規則曲面是不能夠精確逼近任意曲面的。利用平面、柱面、錐面、旋轉曲面等規則曲面不能夠表達復雜鍛件預成形坯料/模膛的理想的幾何形狀，是傳統模鍛工藝預成形設計方法存在的重大缺陷和技術瓶頸，也是造成目前傳統模鍛生產中經常出現飛邊過大、打不靠、充不滿、折疊等成形缺陷的主要原因之一。

目前常規齒輪模鍛工藝流程為：鐓粗、預鍛、終鍛。常規模鍛工藝生產齒輪鍛件需要三個工序，兩火加熱，兩套鍛模。齒輪鍛件常規模鍛生產過程中常常出現打不靠、充不滿、折疊等成形缺陷。

馬新武利用三階非均勻有理B樣條曲線對形狀上下對稱的簡單齒輪預鍛模進行了優化設計，得到了少無飛邊的終鍛件。該簡單齒輪鍛件的模鍛工藝優化設計采用傳統的模鍛工藝流程，即，鐓粗-預鍛-終鍛，仍然需要三個工序、兩次加熱和兩套鍛模，僅對第二工序的預鍛模形狀進行了優化設計。該優化設計沒有改變傳統的齒輪模鍛工藝流程，節約材料和降低能耗的效果并不明顯。該優化設計僅對形狀上下對稱的簡單齒輪的預鍛模進行了優化設計，沒有給出復雜齒輪預鍛坯料/模膛形狀設計的一般方法，沒有揭示出齒輪鍛件的結構特征與用以優化預鍛模形狀的B樣條曲線型值點的對應關系。

發明內容

為克服現有技術中存在的多個工序，多套鍛模，生產周期長，生產成本高的不足，本發明提出了一種采用三階非均勻有理B樣條設計齒輪鍛件鍛模的方法。

本發明包括以下步驟：

步驟1設計終鍛模膛。

步驟2，確定齒輪鍛件的特征點；所述確定齒輪鍛件的特征點是根據齒輪鍛件的尺寸形狀，確定代表齒輪鍛件軸對稱基本形狀的特征點K₁、K₂、K₃、K₄在齒輪鍛件剖面上的位置，并以各特征點作為設計齒輪鍛件成形鐓粗模膛三階非均勻有理B樣條曲線的依據，并且所述齒輪鍛件上的特征點K₁、K₂、K₃、K₄軸對稱。所述的K₁特征點位于鍛件連皮上表面中心處，并與該鍛件的軸線重合；所述K₂特征點位于齒輪鍛件輪轂內側最高點；所述K₃特征點位于齒輪鍛件輪轂外側最高點；所述K₄特征點位于齒輪鍛件輪緣外側最高點。

步驟3，設計成形鐓粗模膛。采用三階非均勻有理B樣條設計成形鐓粗模膛。其具體過程是：確定成形鐓粗模膛的輪廓形狀；所述成形鐓粗模膛的輪廓剖面形狀為曲線，其中，曲線段P₁～P₅代表成形鐓粗模膛在齒輪鍛模上模的輪廓形狀，直線段P₆～P₇代表成形鐓粗模膛在齒輪鍛模下模的輪廓形狀。曲線段P₁～P₄是三階非均勻有理B樣條曲線，P₄～P₅是直線段，三階非均勻有理B樣條曲線P₁～P₄段和直線段P₄～P₅在點P₄處相切。

確定成形鐓粗模膛輪廓剖面形狀的坐標系原點О位于成形鐓粗模膛對稱軸線與下模的上表面的交點P₆處。