[发明专利]一种带齿摇臂轴热锻模具齿形设计方法

说明书

本发明公开一种带齿摇臂轴热锻模具齿形设计方法。该方法包括下述步骤：根据摇臂轴齿形参数绘制出齿形形状，将齿形形状分解为零件齿顶曲线a、零件渐开线曲线b、零件齿根曲线c三部分；将零件齿顶曲线a、零件渐开线曲线b等距向外偏移，得到齿顶曲线a1、渐开线曲线b1；将零件齿根曲线c外侧拟合不同的齿根曲线，绘制出适于锻件材料流动的齿根曲线c1；将齿根曲线c1与渐开线曲线b1拟合连接成为一体；将齿顶曲线a1、渐开线曲线b1间的空隙用圆弧圆滑过渡连接；由齿顶曲线a1、渐开线曲线b1、齿根曲线c1及连接齿顶曲线a1和渐开线曲线b1曲线的圆弧组成的曲线为模具齿形曲线。本发明可提高模具的使用寿命，缩减齿形加工余量。

技术领域

本发明涉及金属热精密锻造领域，具体为一种带齿摇臂轴热锻模具齿形设计方法。

背景技术

摇臂轴是汽车转向器中的重要部件之一，主要作用是输出足够的转向力矩，保证汽车正常转向,也是汽车前桥受到外力冲击时，通过齿扇与转向螺母交汇处的关键受力部件。该类零件一般是通过热锻模生产扇形锻件，再通过切削加工成成品的带齿摇臂轴，由于摇臂轴为异形件，模锻生产飞边较大、材料利用率低。郑州机械研究所于2011年研制了一种齿形转向摇臂轴热精密成形方法及其装置（专利号：201110099878.1），实现了无飞边、直接成形摇臂轴齿形部分，后续需少量机加工。该方法的模具齿形过于精确，可以减少齿形的加工余量，但由于模具齿形形状过于尖锐会使模具在高温高压环境下产生压塌变形等问题，减少模具的使用寿命；模具齿形太过粗钝可以提高模具寿命，但相应锻件的齿形加工余量增多。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种带齿摇臂轴热锻模具齿形设计方法，本发明可以提高模具的使用寿命，缩减齿形加工余量。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的带齿摇臂轴热锻模具齿形设计方法包括下述步骤：

（1）根据摇臂轴齿形参数绘制出摇臂轴零件齿形形状，将齿形形状分解为零件齿顶曲线a、零件渐开线曲线b、零件齿根曲线c三部分；

（2）将步骤（1）中绘制出的零件齿顶曲线a、零件渐开线曲线b等距向外偏移，得到齿顶曲线a1、渐开线曲线b1；

（3）在步骤（1）中绘制出的零件齿根曲线c外侧拟合不同的齿根曲线，使用材料成形数值模拟软件模拟计算不同齿根曲线的受力状态以及温度场分布，对比模拟结果，选择绘制出在锻造过程中齿根处综合受力小、摩擦产生的拉应力小、适于锻件材料流动的齿根曲线c1；

（4）将步骤（3）中得到的齿根曲线c1与步骤（2）中偏移的渐开线曲线b1拟合连接成为一体；

（5）将步骤（2）中得出的齿顶曲线a1、渐开线曲线b1间的空隙用圆弧圆滑过渡连接；由齿顶曲线a1、渐开线曲线b1、齿根曲线c1以及连接齿顶曲线a1和渐开线曲线b1曲线的圆弧组成的曲线为模具齿形曲线。

本发明步骤（2）所述等距向外偏移的偏移距离为2mm；步骤（3）中所述选取的齿根曲线c1底部与零件齿根曲线c底部距离应大于4.5mm；步骤（5）中所述将齿顶曲线a1、渐开线曲线b1间的空隙用半径大于1.5mm的圆弧圆滑过渡连接。

本发明的有益效果如下：

本发明的设计方法可以有效的提高模具寿命，避免模具齿形齿根部因受力大以及温度过高而产生过早失效现象；同时在保证模具使用寿命的前提下降低齿形的机加工余量，提高产品的使用性能。

附图说明

图1为摇臂轴机加工后零件齿形曲线示意图。

图2为摇臂轴齿形的零件齿顶曲线、零件渐开线曲线等距偏移后的示意图。

图3为摇臂轴模具的齿根曲线生成示意图。