异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法技术

本发明专利技术公开了一种异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法，构建基于锻件和模具在热精锻过程中轮廓变形的数学模型，包括模具预热膨胀td、锻件冷缩tw、模具受力弹性膨胀ed及锻件出模后回弹ew。所建立的数学模型充分考虑热精锻过程中各种变形因素，能够很好的揭示影响热精锻精度的因素，且使用数学函数式计算模具型腔修正，计算方法简单快捷，方便工程应用；该修正方法准确度高，能有效提高热精锻成形精度，从而减小后续精加工余量，甚至满足直接使用的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于盘类零件精锻加工
，具体涉及一种异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法。
技术介绍
盘类零件在各种工业产品中广泛应用，如齿轮、法兰、车轮及皮带轮等，其设计与制造水平直接影响到工业产品的品质，并关系到装备制造业的质量及国民经济的发展水平。盘类零件由于其广泛需求，其加工有如下特点及要求：产品产量大，所以对生产成本和材料利用率有严格要求，同时对制造精度和产品性能要求高，以保证零件有较高使用寿命。目前盘类零件加工工艺一般首先热锻成形毛坯，然后经多步切削工艺完成，设备占用多、加工时间长、生产效率低、生产成本高及材料利用率低，并且金属纤维在切削加工过程中被切断，影响了产品质量性能。热精锻是利用金属高温时良好的塑性使锻件成形，即利用金属塑性变形的原理，按照金属压力加工成形方法制造零件。用热精锻工艺加工零件具有生产效率高、材料利用率高、成本低及节能环保等特点，能生产各种形状和尺寸的零件，并且锻件表面金属流线连续且沿零件表面轮廓分布，零件强度高、寿命长，因此热精锻成形工艺是一种具有发展潜力的零件工业生产手段。异型盘类零件形状复杂，并存在非对称等异型形状，在热成形过程中零件表面各处变形量不均匀，导致成形精度低，而许多盘类零件对加工精度要求高，如齿轮传动对噪音和传动平稳性要求高，因此对齿轮渐开线齿形精度要求苛刻。热精锻过程中，锻件和模具受热、受力变形复杂，加工精度难以控制，现阶段热精锻精度一般在0.1mm至0.5mm。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法，其准确度高，能有效提高热精锻成形精度，从而减小后续精加工余量。为实现上述目的，本专利技术所设计的异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法，包括如下步骤：1)构建基于锻件和模具在热精锻过程中轮廓变形的数学模型，数学模型包括模具预热膨胀td、锻件冷缩tw、模具受力弹性膨胀ed及锻件出模后回弹ew；并且设定模具型腔初始尺寸为R、锻件最终尺寸为r，模具型腔初始尺寸R与锻件最终尺寸r之差即为模具型腔轮廓尺寸与锻件表面轮廓尺寸差F，即F＝ed+td+ew-tw；2)在模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上取任意点i，且任意点i到质心距离为ri，求得模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上任意点i的变形值，即模具型腔轮廓上任意点i的预热膨胀径向变形值td＝td(ri)、锻件表面轮廓上任意点i的冷缩径向变形值tw＝tw(ri)、模具型腔轮廓上任意点i的受力弹性膨胀径向变形值edr＝edr(ri)和周向变形值edθ＝edθ(ri)，锻件表面轮廓上任意点i的回弹膨胀径向变形值ewr＝ewr(ri)和周向变形值ewθ＝ewθ(ri)；3)模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上任意点i变形值均为关于变量ri的表达式，所以模具型腔轮廓尺寸与锻件表面轮廓尺寸差F为关于变量ri的函数式，其中径向尺寸差Fr＝td(ri)-tw(ri)+edr(ri)+ewr(ri)＝fr(ri)、周向尺寸差Fθ＝edθ(ri)+ewθ(ri)＝fθ(ri)；4)设模具型腔原轮廓线的参数方程在圆柱坐标系下表达式为其中，g(t)轮廓线径向分量，h(t)为轮廓线周向分量、t为方程组参数，则修正的模具型腔轮廓线参数方程表达式如下：其中：径向分量部分g(t)以变量形式带入模 具型腔轮廓与锻件表面轮廓径向尺寸差fr(ri)，得到修正的模具型腔轮廓线参数方程径向分量的修正项fr[g(t)]；将180/πri乘以fθ(ri)得到修正的模具型腔轮廓线参数方程周向分量的修正项180fθ(ri)/πri；5)按照步骤4)中修正的模具型腔轮廓线参数方程加工模具。进一步地，所述步骤1)中模具预热膨胀td为模具型腔在锻造前由于模具预热将发生热膨胀而增加的尺寸，模具受力弹性膨胀ed为模具型腔在锻件施加压力下发生的弹性膨胀量，锻件出模后回弹ew为顶杆将锻件从模具中顶出时锻件尺寸回弹的膨胀量，锻件冷缩tw为锻件将从锻造温度冷却到室温而发生的冷缩量。进一步地，所述模具型腔初始尺寸R+模具预热膨胀td+模具受力弹性膨胀ed＝变形后模具型腔尺寸R′，锻件最终尺寸为r+锻件出模后回弹ew-锻件冷缩tw＝变形后锻件尺寸r′，且R′＝r′。进一步地，所述模具受力弹性膨胀径向变形和所述锻件出模后回弹的径向变形均根据广义胡可定律和拉美公式表达，所述模具受力弹性膨胀周向变形和所述锻件出模后回弹的周向变形均根据广义胡可定律表达。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术所提供的异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法准确度高，能有效提高热精锻成形精度，从而减小后续精加工余量，甚至满足直接使用的要求；2)本专利技术所建立的数学模型充分考虑热精锻过程中各种变形因素，能够很好的揭示影响热精锻精度的因素；3)本专利技术使用数学函数式计算模具型腔修正，计算方法简单快捷，方便工程应用。附图说明图1为本专利技术异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法中热 精锻模具型腔轮廓和锻件表面轮廓的变形示意图；图2为本专利技术实施例热精锻双层模具装配示意图；图3为本实施例模具型腔轮廓与锻件表面轮廓径向尺寸差Fr计算结果图；图4为本实施例模具型腔轮廓与锻件表面轮廓周向尺寸差Fθ计算结果图；图5为本实施例热精锻锻件精度检测结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。结合图1本专利技术公开了一种异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法，包括如下步骤：1)构建基于锻件和模具在热精锻过程中轮廓变形的数学模型，数学模型包括四个部分：模具预热膨胀td、锻件冷缩tw、模具受力弹性膨胀ed及锻件出模后回弹ew，模具预热膨胀td为模具型腔在锻造前由于模具预热将发生热膨胀而增加的尺寸，模具受力弹性膨胀ed为模具型腔在锻件施加压力下发生的弹性膨胀量，锻件出模后回弹ew为顶杆将锻件从模具中顶出时锻件尺寸回弹的膨胀量，锻件冷缩tw为锻件将从锻造温度冷却到室温而发生的冷缩量；并且设定模具型腔初始尺寸为R、锻件最终尺寸为r，变形后模具型腔尺寸R′＝模具型腔初始尺寸R+模具预热膨胀td+模具受力弹性膨胀ed，变形后锻件尺寸r′＝锻件最终尺寸为r+锻件出模后回弹ew-锻件冷缩tw，此时R′＝r′；模具型腔初始尺寸R与锻件最终尺寸r之差即为模具型腔轮廓尺寸与锻件表面轮廓尺寸差F，根据上述影响因素及其矢量关系，即尺寸差F可以表示为式(1)：F＝ed+td+ew-tw (1)2)在模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上取任意点i，且任意点i到质心距离为ri，求得模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上任意点i的变形值，则式(1)中，模具型腔轮廓上任意点i的预热膨胀径向变 形的尺寸变化td可根据物体热膨胀公式表达为式(2)，td＝td(ri) (2)式(1)中，锻件表面轮廓上任意点i的冷缩径向变形尺寸变化tw可根据物体热膨胀公式表达为式(3)，tw＝tw(ri) (3)式(1)中，模具型腔轮廓上任意点i的受力弹性膨胀变形分为径向变形edr和周向变形edθ，其中径向尺寸变化可根据广义胡克定律和拉美公式表达为式(4)，周向尺寸变化可可根据广义胡克定律表达为式(5)，edr＝edr(ri) (4) edθ＝edθ(ri) (5) 式(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法，其特征在于：包括如下步骤：1)构建基于锻件和模具在热精锻过程中轮廓变形的数学模型，数学模型包括模具预热膨胀td、锻件冷缩tw、模具受力弹性膨胀ed及锻件出模后回弹ew；并且设定模具型腔初始尺寸为R、锻件最终尺寸为r，模具型腔初始尺寸R与锻件最终尺寸r之差即为模具型腔轮廓尺寸与锻件表面轮廓尺寸差F，即F＝ed+td+ew‑tw；2)在模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上取任意点i，且任意点i到质心距离为ri，求得模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上任意点i的变形值，即模具型腔轮廓上任意点i的预热膨胀径向变形值td＝td(ri)、锻件表面轮廓上任意点i的冷缩径向变形值tw＝tw(ri)、模具型腔轮廓上任意点i的受力弹性膨胀径向变形值edr＝edr(ri)和周向变形值edθ＝edθ(ri)，锻件表面轮廓上任意点i的回弹膨胀径向变形值ewr＝ewr(ri)和周向变形值ewθ＝ewθ(ri)；3)模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上任意点i变形值均为关于变量ri的表达式，所以模具型腔轮廓尺寸与锻件表面轮廓尺寸差F为关于变量ri的函数式，其中径向尺寸差Fr＝td(ri)‑tw(ri)+edr(ri)+ewr(ri)＝fr(ri)、周向尺寸差Fθ＝edθ(ri)+ewθ(ri)＝fθ(ri)；4)设模具型腔原轮廓线的参数方程在圆柱坐标系下表达式为其中，g(t)轮廓线径向分量，h(t)为轮廓线周向分量、t为方程组参数，则修正的模具型腔轮廓线参数方程表达式如下：其中：径向分量部分g(t)以变量形式带入模具型 腔轮廓与锻件表面轮廓径向尺寸差fr(ri)，得到修正的模具型腔轮廓线参数方程径向分量的修正项fr[g(t)]；将180/πri乘以fθ(ri)得到修正的模具型腔轮廓线参数方程周向分量的修正项180fθ(ri)/πri；5)按照步骤4)中修正的模具型腔轮廓线参数方程加工模具。...

【技术特征摘要】
1.一种异型盘类零件热精锻成形模具型腔修正方法，其特征在于：包括如下步骤：1)构建基于锻件和模具在热精锻过程中轮廓变形的数学模型，数学模型包括模具预热膨胀td、锻件冷缩tw、模具受力弹性膨胀ed及锻件出模后回弹ew；并且设定模具型腔初始尺寸为R、锻件最终尺寸为r，模具型腔初始尺寸R与锻件最终尺寸r之差即为模具型腔轮廓尺寸与锻件表面轮廓尺寸差F，即F＝ed+td+ew-tw；2)在模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上取任意点i，且任意点i到质心距离为ri，求得模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上任意点i的变形值，即模具型腔轮廓上任意点i的预热膨胀径向变形值td＝td(ri)、锻件表面轮廓上任意点i的冷缩径向变形值tw＝tw(ri)、模具型腔轮廓上任意点i的受力弹性膨胀径向变形值edr＝edr(ri)和周向变形值edθ＝edθ(ri)，锻件表面轮廓上任意点i的回弹膨胀径向变形值ewr＝ewr(ri)和周向变形值ewθ＝ewθ(ri)；3)模具型腔轮廓上和锻件表面轮廓上任意点i变形值均为关于变量ri的表达式，所以模具型腔轮廓尺寸与锻件表面轮廓尺寸差F为关于变量ri的函数式，其中径向尺寸差Fr＝td(ri)-tw(ri)+edr(ri)+ewr(ri)＝fr(ri)、周向尺寸差Fθ＝edθ(ri)+ewθ(ri)＝fθ(ri)；4)设模具型腔原轮廓线的参数方程在圆柱坐标系下表达式为其中，g(t)轮廓线径向分量，h(t)为轮廓线周向分量、...

【专利技术属性】
技术研发人员：左斌，刘渊媛，汪小锋，王小鹏，葛锐，
申请(专利权)人：武汉钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42