[发明专利]一种变截面的盘形滚刀刀圈及其设计与制造方法

权利要求书

1.一种变截面的盘形滚刀刀圈，其特征在于：包括刀身和刀刃，所述的刀身为规则的环形标准回转体，所述的刀刃在刀身的外圈，刀刃为径向截面轮廓沿着圆周方向呈规律变化的回转体，刀刃宽、刀刃角、刀肩角沿着圆周方向呈规律变化。

2.根据权利要求1所述的一种变截面的盘形滚刀刀圈，其特征在于：所述的规律变化为刀圈转动一周时，刀刃径向截面轮廓沿着圆周方向按照一定的变化频率经历数次完整的变化周期，每个变化周期内的刀刃径向截面轮廓变化规律相同，即每个变化周期的刀刃宽变化幅度相同，刀刃角变化幅度相同，刀肩角变化幅度相同，刀刃截面变化率相同；所述的变化频率为刀圈转动一周刀刃径向截面轮廓所经历的完整的变化周期的次数；所述的变化周期为刀刃径向截面轮廓沿着圆周方向经历一次完整的变化时，对应的角度值或弧度或弧长。

3.根据权利要求2所述的一种变截面的盘形滚刀刀圈，其特征在于：所述的刀刃宽变化幅度是指刀刃在每个变化周期内最大刀刃宽与最小刀刃宽之差的二分之一，用ΔT表示，所述的刀刃角变化幅度是指刀刃在每个变化周期内最大刀刃角与最小刀刃角之差的二分之一，用ΔA表示，所述的刀肩角变化幅度是指刀刃在每个变化周期内最大刀肩角与最小刀肩角之差的二分之一，用ΔB表示，满足如下关系：

Tmax-T＝T-Tmin＝ΔT

Amax-A＝A-Amin＝ΔA

Bmax-B＝B-Bmin＝ΔB

Tmax为最大截面刀刃宽度，T为中间截面刀刃宽度，Tmin为最小截面刀刃宽度；Amax为最大截面刀刃角度，A为中间截面刀刃角度，Amin为最小截面刀刃角度；Bmax为最大截面刀肩角度，B为中间截面刀肩角度，Bmin为最小截面刀肩角度。

4.一种变截面的盘形滚刀刀圈的设计与制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、通过参数化设计对变截面刀圈进行CAD建模，得到参数化变截面刀圈设计模型；

第二步、基于不同类型岩石的力学特征进行不同变截面刀圈与不同岩石的滚压过程的CAE有限元模拟仿真实验与分析，得到适应不同岩石种类的变截面盘形滚刀刀圈的特征尺寸的最优变截面刀圈的模型；

第三步、通过CAM进行该刀圈的制坯、冲孔、辗环、模锻工艺参数仿真，求得最佳生产制造工艺参数方案。

5.根据权利要求4所述的一种变截面的盘形滚刀刀圈的设计与制造方法，其特征在于：第一步所述的通过参数化设计对变截面刀圈进行CAD建模包括如下步骤：

步骤一：设计刀身部分回转体，设计参数表中Ri、H、S这三个参数为装配尺寸，其中Ri为刀圈内径尺寸，H为刀身轴向高度，S为刀身径向宽度，即刀肩宽度；

步骤二：设计刀刃部分中间截面，设计参数表中Ro、T、A、B这四个参数为截面轮廓特征尺寸，其中Ro为刀圈外径，T为中间截面刀刃宽度，A为中间截面刀刃角度，B为中间截面刀肩角度；

步骤三：设计刀刃部分的最大截面与最小截面，设计参数表中Tmax、Amax、Bmax、Tmin、Amin、Bmin这六个参数为轮廓特征尺寸，其中Tmax为最大截面刀刃宽度，Amax为最大截面刀刃角度，Bmax为最大截面刀肩角度，Tmin为最小截面刀刃宽度，Amin为最小截面刀刃角度，Bmin为最小截面刀肩角度；

建立关系表达式：

Tmax-T＝T-Tmin＝ΔT

Amax-A＝A-Amin＝ΔA

Bmax-B＝B-Bmin＝ΔB

ΔT为刀刃宽变化幅度，ΔA为刀刃角变化幅度，ΔB为刀肩角变化幅度；

步骤四：设计刀刃部分变化规律，设计参数表中ω、γ这两个参数为变化规律，其中ω为变化频率，即刀圈转动一周时所经历的完整的变化次数，取值为正整数，γ为变化周期，即刀圈的刀刃部分沿着圆周方向经历一次完整的变化时，外径圆弧长度或该圆弧的弧度数或该圆弧的角度；建立关系表达式：γ为角度时，γ＝360°/ω；

步骤五：沿圆周方向依次选取各截面进行封闭式多截面扫掠成实体，布尔组合刀刃与刀身，或者在草图中组合绘制刀刃与刀身之后进行扫掠，得到参数化变截面刀圈设计模型。