基于冲削工艺的内多面体制造方法技术

基于冲削工艺的内多面体制造方法，首先优化选用正六面体来传递力矩，其次采用增大预制底孔来降低背吃刀量，从而达到降低切削力的目的，而后建立少切削模型来分析该方法的变化特性，再根据正六面体及扳手的制造误差标准确定制造时的最小背吃刀量，最后根据载荷大小采用放大系数或优选系数的方式控制合理的背吃刀量和预制底孔直径；采用正六面体并结合少切削制造方法加工，在保障其使用性能的前提下，降低了切削力，消除了因冲削力过大造成的精度降低，避免了对零部件强度设计的干扰，同时降低了制造能耗。

【技术实现步骤摘要】
基于冲削工艺的内多面体制造方法
本专利技术涉及冲削制造
，尤其涉及一种基于冲削工艺的内多面体制造方法。
技术介绍
标准件的内多面体批量生产大多采用镦制的方式，量小试制或异形非标受到工艺限制不适合镦制的一般采用冲削。冲削需要预制底孔，冲削工序安排在完成前道机加工之后，这会给半成品零件的基体带来较大的冲击，造成基体的变形，尤其对于细长的杆件，冲削力过大会造成前道加工精度的消失。而在螺纹插装阀、液压伺服控制系统装置及仪表仪器中，存在大量用于调节、反馈、紧固的精密细长杆件，受到自身结构特点及精度要求的影响，只能采用走心式精密数控机床一次性完成除内多面体的其余所有几何要素加工，最后单独采用液压机冲削完成内多面体的加工。冲削内多面体时的切削力大小直接影响到前道加工所形成的精度以及对零件自身强度的设计要求，为了避免冲削变形，设计时会根据冲削力增大基体的径向尺寸，造成材料浪费并给其他设计带来不必要的影响。为了避免冲削变形及给相关设计带来干扰，降低冲削时的切削力是解决问题的根本，且降低切削力能够有效节能降耗。影响切削力的因素有哪些、如何选择内多面体的边数以及如何进一步降低切削力，成为亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种基于冲削工艺的内多面体制造方法，以得到相对内切圆周长较为接近的内多面体的边数，并进一步减小内多面体的背吃刀量，以降低冲削时的切削力。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：基于冲削工艺的内多面体制造方法，具体步骤如下：1、确定基于冲削工艺的内多面体制造方法的多面体边数优化值用于旋转力矩传动的常规内多面体有正三面体、正方体和正六面体等多种形式，以及其他常见的花形多面体，非标类零件多采用正多面体。对于相同的正多面体内切圆，多面体边数不同，对应的背吃刀量也不同，即多面体的边长随着边数的变化而变化，正多面体背吃刀量随边数的变化方程式为：ap＝napi＝nd/tanθ(1)将式(1)中底孔直径作为待定常数，对正多面体边数求导得背吃刀量随正多面体边数的变化率方程式：式(1)、(2)中：d为底孔直径；n为正多面体边数，n为≥3的自然数；api为单边背吃刀量；θ为90(n-2)/n；ap为背吃刀量。由式(1)可得随正多面体边数增大的背吃刀量变化曲线。底孔的周长为πd，当正多面体边数趋于无穷大时，多面体背吃刀量趋近于底孔周长。根据式(2)得背吃刀量随正多面体边数的变化率曲线，当正多面体边数大于等于7时，背吃刀量的变化率趋于平缓，即正多面体边数对背吃刀量的影响主要集中在3～6这一范围内。正多面体边数越大背吃刀量就越小，也就越有利于降低切削力，但当背吃刀量趋近于底孔周长时，单边背吃刀量趋近于无穷小，会造成多面体的容易磨损，产生打滑的现象，导致使用寿命短、承载力小等问题；且正多面体边数大于等于7时对减小背吃刀量的作用已大幅度降低，如正多面体边数为6时的背吃刀量近似为3.4641d，正多面体边数为8时的背吃刀量近似为3.3137d，八面体与六面体的差值仅为六面体的4.3％，八面体的背吃刀量已接近3.1416d，故无需再增大多面体的边数。由以上分析可知，多面体边数过小会导致整体的背吃刀量变大，故不采用正三面体和正方体作为高精度细长杆件的力矩传递方式；多面体边数过大对降低背吃刀量无明显益处，还会因易损降低寿命，故采用正六面体来传递力矩。2、基于冲削工艺的内多面体制造方法降低切削力的技术方案确定基于前道的机加工工艺，确定采用增大预制底孔直径的方式来减小冲削时的背吃刀量，正六面体冲削制造方法的预制底孔直径尺寸大于相应的正六面体对边尺寸，可使背吃刀量减小，而切削力也随之减小。3、基于冲削工艺的内多面体制造方法的少切削模型建立根据选定的切削力减小技术方案，建立少切削模型，以预制底孔的圆心作为原点建立平面坐标系，正六面体中心位于坐标系原点，且其中一组对边与x轴平行。随着底孔直径的增大，底孔的圆与正六面体的边相交，选距离顶点较近的作为交点，则顶点与交点之间的距离为少切削背吃刀量的一半，求解交点的坐标，即由式(3)解得交点坐标为(s/2)，并经换算得顶点坐标为(s/2),由顶点和交点坐标运算得少切削背吃刀量方程：根据式(4)运算得底孔直径方程：将对边尺寸作为待定常数，对式(4)中的底孔直径求导得少切削背吃刀量随底孔直径的变化率方程：将对边尺寸作为待定常数，对式(5)中的少切削背吃刀量求导得底孔直径随少切削背吃刀量的变化率方程：式(3)～(7)中：xA为顶点的x轴坐标；xB为交点的x轴坐标，yB为交点的y轴坐标；s为正六面体对边尺寸；d为底孔直径，理论约束为(s,)；a′pi为少切削背吃刀量，理论约束为(0,)。4、基于冲削工艺的内多面体制造方法的最小背吃刀量确定受到实际制造偏差及使用磨损的影响，底孔直径不能达到理论约束的上限值，少切削背吃刀量也无法达到理论约束的下限值；影响因素包括：正六面体对边尺寸偏差、扳手对边尺寸偏差、扳手对角尺寸偏差。为了保证正六面体正常使用，需确定最小背吃刀量，并在此基础上进行系数放大，以确保后期受到一定磨损后依然能够正常使用。约束最小背吃刀量因素有：正六面体对边尺寸达到上偏差极限值、扳手对边尺寸达到下偏差极限值、扳手对角尺寸达到下偏差极限值；以上均同时达到极限尺寸，扳手拐点围绕原点旋转后与内平面接触，接触点与正六面体顶点之间的距离即为对最小背吃刀量的极限约束。将拐点围绕原点旋转恢复至其所在对边与x轴平行状态，求解拐点的坐标，拐点为对边与对角斜边的交点，则拐点坐标方程：由式(8)解得拐点坐标为(s′min/2)，并由此换算得少切削时的最大底孔直径方程：将正六面体最大对边尺寸和由式(9)中求得的最大底孔直径代入式(4)得最小背吃刀量方程：将由式(10)中求得的最小背吃刀量经放大后代入式(5),并取正六面体最小对边尺寸，得设计底孔直径方程：式(8)～(11)中：xC为拐点的x轴坐标，yC为拐点的y轴坐标；emin为扳手最小对角尺寸；s′min为扳手最小对边尺寸；d′为最大底孔直径；d″为设计底孔直径；a″pi为最小背吃刀量；smax为正六面体最大对边尺寸；smin为正六面体最小对边尺寸；δ为放大系数。其中，最大底孔直径与扳手最小对角尺寸接近，计算最小背吃刀量可用扳手最小对角尺寸代替。5、基于冲削工艺的内多面体制造方法的背吃刀量及底孔直径优选放大系数可根据正六面体的承载扭力矩需要选择，是对最小背吃刀量的直接放大，放大系数越小，设计底孔直径越大；根据少切削背吃刀量和底孔直径之间的变化特性，越过急剧变化区域后设计底孔直径的变大对少切削背吃刀量的减小影响较小，优选底孔直径可直接根据过渡区域确定为1.03本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于冲削工艺的内多面体制造方法，它包括采用冲头冲削有预制底孔的基体来制造内多面体，其特征在于，所述内多面体经优化后为正六面体，且预制底孔直径大于冲头冲削后形成的正六面体对边尺寸，在加工预制底孔时，增大预制底孔直径，使预制底孔直径大于正六面体的对边尺寸，在加工完增大的预制底孔后，再冲削加工优化选型的正六面体，具体步骤如下：/n1)根据正多面体周长与边数之间的变化关系，确定切削内多面体边数的优化值；/n2)针对采用增大预制底孔直径的制造方法，建立正六面体冲削制造方法的少切削模型，确定少切削背吃刀量与正六面体对边尺寸、底孔直径之间的变化关系；/n3)根据正六面体和扳手的制造误差标准要求，并由步骤1)中少切削模型确定最小背吃刀量；/n4)确定正六面体冲削制造方法的少切削背吃刀量及底孔直径，有两种确定方式，具体如下：/n4.1对步骤3)中获得的最小背吃刀量直接进行系数放大，得到放大后的背吃刀量，由放大后的背吃刀量换算得设计底孔直径；/n4.2直接由优选系数和正六面体对边尺寸的乘积得少切削的优选底孔直径，并经换算得优选背吃刀量；/n5)确定底孔直径的制造误差：/n5.1对步骤4.1)中获得的设计底孔直径限定制造误差，设计底孔直径的制造误差小于系数放大所得背吃刀量的误差要求；/n5.2对步骤4.2)中获得的优选底孔直径限定制造误差，根据优选系数范围确定优选底孔直径的值域，优选底孔直径的制造误差值落在该值域范围内。/n...

【技术特征摘要】
1.基于冲削工艺的内多面体制造方法，它包括采用冲头冲削有预制底孔的基体来制造内多面体，其特征在于，所述内多面体经优化后为正六面体，且预制底孔直径大于冲头冲削后形成的正六面体对边尺寸，在加工预制底孔时，增大预制底孔直径，使预制底孔直径大于正六面体的对边尺寸，在加工完增大的预制底孔后，再冲削加工优化选型的正六面体，具体步骤如下：
1)根据正多面体周长与边数之间的变化关系，确定切削内多面体边数的优化值；
2)针对采用增大预制底孔直径的制造方法，建立正六面体冲削制造方法的少切削模型，确定少切削背吃刀量与正六面体对边尺寸、底孔直径之间的变化关系；
3)根据正六面体和扳手的制造误差标准要求，并由步骤1)中少切削模型确定最小背吃刀量；
4)确定正六面体冲削制造方法的少切削背吃刀量及底孔直径，有两种确定方式，具体如下：
4.1对步骤3)中获得的最小背吃刀量直接进行系数放大，得到放大后的背吃刀量，由放大后的背吃刀量换算得设计底孔直径；
4.2直接由优选系数和正六面体对边尺寸的乘积得少切削的优选底孔直径，并经换算得优选背吃刀量；
5)确定底孔直径的制造误差：
5.1对步骤4.1)中获得的设计底孔直径限定制造误差，设计底孔直径的制造误差小于系数放大所得背吃刀量的误差要求；
5.2对步骤4.2)中获得的优选底孔直径限定制造误差，根据优选系数范围确定优选底孔直径的值域，优选底孔直径的制造误差值落在该值域范围内。


2.根据权利要求1所述的基于冲削工艺的内多面体制造方法，其特征在于，所述的确定切削内多面体边数的优化值，具体步骤如下：
对于相同的正多面体内切圆，多面体边数不同，对应的背吃刀量也不同，即多面体的边长随着边数的变化而变化，正多面体背吃刀量随边数的变化方程式为：
ap＝napi＝nd/tanθ(1)
将式(1)中底孔直径作为待定常数，对正多面体边数求导得背吃刀量随正多面体边数的变化率方程式：



式(1)、(2)中：d为底孔直径；
n为正多面体边数，n为≥3的自然数；
api为单边背吃刀量；
θ为90(n-2)/n；
ap为背吃刀量。
由式(1)可得随正多面体边数增大的背吃刀量变化曲线。底孔的周长为πd，当正多面体边数趋于无穷大时，多面体背吃刀量趋近于底孔周长。根据式(2)得背吃刀量随正多面体边数的变化率曲线，当正多面体边数大于等于7时，背吃刀量的变化率趋于平缓，即正多面体边数对背吃刀量的影响主要集中在3～6这一范围内。正多面体边数越大背吃刀量就越小，也就越有利于降低切削力，但当背吃刀量趋近于底孔周长时，单边背吃刀量趋近于无穷小，会造成多面体的容易磨损，产生打滑的现象，导致使用寿命短、承载力矩小的问题；且正多面体边数大于等于7时对减小背吃刀量的作用已大幅度降低，如正多面体边数为6时的背吃刀量近似为3.4641d，正多面体边数为8时的背吃刀量近似为3.3137d，八面体与六面体的差值仅为六面体的4.3％，八面体的背吃刀量已接近3.1416d，故无需再增大多面体的边数。
由以上分析可知，多面体边数过小会导致整体的背吃刀量变大，故不采用正三面体和正方体作为高精度细长杆件的力矩传递方式；多面体边数过大对降低背吃刀量无明显益处，还会因易损降低寿命，故采用正六面体来传递力矩。


3.根据权利要求1所述的基于冲削工艺的内多面体制造方法，其特征在于，所述制造方法获得的正六面体的各个平面被冲削后保留的部分预制底孔分开为多个部分，且同一侧的被隔面处在同一型面内。


4.根据权利要求1所述的基于冲削工艺的内多面体制造方法，其特征在于，所述的建立正六面体冲削制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祝，肖名涛，沈陆明，
申请(专利权)人：苏州萨伯工业设计有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32