可更换易损齿部的摇臂轴分体结构模具及其加工方法与流程

本发明涉及金属热精密锻造领域，具体为一种可更换易损齿部的摇臂轴分体结构模具及相应模具加工方法。

背景技术：

摇臂轴是重载汽车转向系统中的重要部件之一，主要作用是输出足够转向力矩，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。该类零件传统的成形方式是通过开式或闭式热模锻生产扇形锻件，后通过插齿、磨齿等工艺将摇臂轴的齿形部位加工完成。郑州机械研究所有限公司于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），通过闭式模锻工艺实现了无飞边、直接成形摇臂轴齿形部分，后续需少量机加工。郑州机械研究所有限公司于2016年提出来一种带齿转向摇臂轴锻模齿形设计方法（专利号：201610062051.6），该专利公开了一种闭式模锻工艺生产带齿摇臂轴是模具齿形的设计方法，通过该方法可以合理设置齿形部分的加工余量，以平衡模具寿命与齿形精度的关系。由于摇臂轴模具齿形部位在闭式模锻成形过程中与高温锻件金属材料接触时间长，模具齿形凸起部位与金属摩擦剧烈，极易造成模具齿形部位齿根处塌陷，从而造成锻件失效，上述方法在一定程度上提高了模具的寿命，但受限于材料性能、成形工艺的特点很难进一步提高模具的寿命。

技术实现要素：

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，为了降低带齿摇臂轴闭式模锻工艺生产过程中模具成本，而提出了一种可更换易损齿部的摇臂轴分体结构模具及其模具加工方法，本发明将易于磨损的齿形部位设计为独立齿块，通过替换体积较小的齿块代替报废整体模具，以此达到降低模具成本的目的，并且本发明提出了加工该种分体结构模具的加工方法。

本发明的目的可通过下属技术措施来实现：

本发明的可更换易损齿部的摇臂轴分体结构模具，所述模具结构分为锥齿块和模具基体两部分；所述锥齿块整体呈现上窄下宽的锥形形状，其形状与分体结构模具模腔中的齿形分布相反，模具模腔上表面齿形大，三齿跨度宽，模腔下表面齿形小，三齿跨度窄；在模具基体的型腔设置有上窄下宽的锥形缺口，缺口用于安放锥齿块；插装在模具型腔的锥形缺口中的锥齿块与模具基体接触线为锥齿块与模具基体在凹模齿形型腔中的分界线，分体结构模具上表面锥齿块与模具基体接触点为齿形两侧齿内侧齿尖点，分体结构模具下表面锥齿块与模具基体接触点为齿形两侧齿外侧齿尖点，两点形成的模具型腔中锥齿块与模具基体接触线，该接触线分布于齿形型腔齿顶圆弧面上，将圆弧面斜向分割，使得锥齿块整体形成上小下大的锥形形状，使得模具基体形成上窄下宽的锥形缺口；锥齿块和模具基体组合形成了可更换易损齿部的摇臂轴分体结构模具。

本发明中所述锥齿块与模具基体凹模齿形型腔中的两端侧锥面装配为过盈配合，锥齿块宽度比模具基体锥齿块安放位置宽度大0.36-0.42mm。

本发明的加工方法步骤如下：加工模具基体时绘制出上下表面轮廓图，模具基体的凹模齿形型腔上表面内齿尖点为齿形两侧内侧点，模具基体的凹模齿形型腔上表面外齿尖点为齿形两侧外侧点，模具基体的凹模齿形型腔下表面齿尖点为齿形两侧外侧点，以模具基体中心为原点，设置模具基体的凹模齿形型腔上表面内齿尖点、外齿尖点与模具基体的凹模齿形型腔下表面齿尖点为线切割同步点，上下表面之间形成线切割包络线，实现模具基体的凹模齿形型腔加工；加工锥齿块时绘制齿块上下表面轮廓图，锥齿块上表面齿尖点为齿形两侧内侧点，锥齿块下表面外齿尖点为齿形两侧外侧点，锥齿块下表面内齿尖点为齿形两侧内侧点，以锥齿块齿形背对圆弧中点为原点，设置锥齿块上表面齿尖点与锥齿块下表面外齿尖点、内齿尖点为线切割同步点，上下表面之间形成线切割包络线，实现锥齿块加工。

加工模具时，模具基体凹模齿形型腔上表面齿块槽宽度比锥齿块上表面齿块宽度窄0.36-0.42mm，模具基体凹模齿形型腔下表面齿块槽宽度比锥齿块下表面齿块宽度窄0.36-0.42mm。

本发明有益效果如下：

本发明可实现带齿摇臂轴齿形模具易损齿形部位的更换，模具基体可以多次使用，通过替换体积较小的齿块代替报废整体模具，可以有效降低模具成本；其中锥齿块的上小下大锥形设计以及锥齿块与模具基体过盈配合可以有效防止成形过程中锻件顶出时，锥齿块随锻件一起脱离模具基体，有效保证锻件成形过程中模具稳定性；专利内容中提出的设置异形面线切割同步点加工相应模具，可以有效完成锥齿块及模具基体的加工。

附图说明

图1为本发明的结构三维图。

图2为模具基体三维图。

图3为锥齿块三维图。

图4为本发明的主剖图。

图5是图4的俯视图。

图6是图4的仰视图。

图7中a为模具基体上端面内孔轮廓图；b为模具基体下端面内孔轮廓图。

图8中a为锥齿块上端面轮廓图；b为锥齿块下端面轮廓图。

图9为模具基体内孔线切割包络线图。

图10为锥齿块线切割包络线图。

图中序号：1为锥齿块，2为模具基体，3为模具型腔中锥齿块与模具基体接触线，4为分体结构模具上表面锥齿块与模具基体接触点，5为分体结构模具下表面锥齿块与模具基体接触点，4’为模具基体上表面内齿尖点，4”为锥齿块上表面齿尖点，5’为模具基体下表面齿尖点，5”为锥齿块下表面外齿尖点，6’为模具基体上表面外齿尖点，6”为锥齿块下表面内齿尖点。

具体实施方式

本发明将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图1~6所示，本发明的可更换易损齿部的摇臂轴分体结构模具，所述模具结构分为锥齿块1和模具基体2两部分；所述锥齿块1整体呈现上窄下宽的锥形形状，其形状与分体结构模具模腔中的齿形分布相反，模具模腔上表面齿形大，三齿跨度宽，模腔下表面齿形小，三齿跨度窄；在模具基体2的型腔设置有上窄下宽的锥形缺口，缺口用于安放锥齿块1；插装在模具型腔的锥形缺口中的锥齿块与模具基体接触线3为锥齿块1与模具基体2在凹模齿形型腔中的分界线，分体结构模具上表面锥齿块与模具基体接触点4为齿形两侧齿内侧齿尖点，分体结构模具下表面锥齿块与模具基体接触点5为齿形两侧齿外侧齿尖点，两点形成的模具型腔中锥齿块与模具基体接触线3，该接触线分布于齿形型腔齿顶圆弧面上，将圆弧面斜向分割，使得锥齿块1整体形成上小下大的锥形形状，使得模具基体2形成上窄下宽的锥形缺口；锥齿块1和模具基体2组合形成了可更换易损齿部的摇臂轴分体结构模具。

本发明中所述锥齿块与模具基体凹模齿形型腔中的两端侧锥面装配为过盈配合，锥齿块宽度比模具基体锥齿块安放位置宽度大0.36-0.42mm。

如图1、图7~10所示，本发明的加工方法如下：加工模具基体2时绘制出上下表面轮廓图，模具基体的凹模齿形型腔上表面内齿尖点4’为齿形两侧内侧点，模具基体上表面外齿尖点6’为齿形两侧外侧点，模具基体的凹模齿形型腔下表面齿尖点5’为齿形两侧外侧点，以模具基体中心为原点，设置模具基体的凹模齿形型腔上表面齿内尖点4’、外齿尖点6’与模具基体的凹模齿形型腔下表面齿尖点5’为线切割同步点，上下表面之间形成线切割包络线，实现模具基体2的凹模齿形型腔加工；加工锥齿块1时绘制齿块上下表面轮廓图，锥齿块上表面齿尖点4”为齿形两侧内侧点，锥齿块下表面外齿尖点5”为齿形两侧外侧点，锥齿块下表面内齿尖点6”为齿形两侧内侧点，以锥齿块齿形背对圆弧中点为原点，设置锥齿块上表面齿尖点4”与锥齿块下表面外齿尖点5”、内齿尖点6”为线切割同步点，上下表面之间形成线切割包络线，实现锥齿块1加工。

所述加工分体结构模具时，模具基体2上表面齿块槽宽度比锥齿块1上表面齿块宽度窄0.36-0.42mm，模具基体2下表面齿块槽宽度比锥齿块1下表面齿块宽度窄0.36-0.42mm。

本发明可实现带齿摇臂轴齿形模具易损齿形部位的更换，模具基体可以多次使用，通过替换体积较小的齿块代替报废整体模具，可以有效降低模具成本；其中锥齿块的上小下大锥形设计以及锥齿块与模具基体过盈配合可以有效防止成形过程中锻件顶出时，锥齿块随锻件一起脱离模具基体，有效保证锻件成形过程中模具稳定性；专利内容中提出的设置异形面线切割同步点加工相应模具，可以有效完成锥齿块及模具基体的加工。