專利名稱：混凝土攪拌運輸車葉片、葉片的沖壓模以及該沖壓模的制造方法
技術領域：
本發明屬于混凝土攪拌運輸車制造領域，具體涉及混凝土攪拌運輸車筒體葉片、葉片的沖壓模以及該沖壓模的制造方法。
背景技術：
混凝土攪拌運輸車由汽車底盤和混凝土攪拌運輸專用裝置組成，通過取力裝置將汽車底盤的動力取出，并驅動液壓系統的變量泵，把機械能轉化為液壓能傳給定量馬達，馬達再驅動減速機，由減速機驅動攪拌裝置，對混凝土進行攪拌。 現有的混凝土攪拌運輸車筒體由前錐、中筒和后錐組成。在前錐和后錐，葉片沿對數螺旋線延伸，中筒處的葉片沿阿基米德螺旋線延伸。圖I示出了葉片橫截面呈直線型的普通葉片(直線型葉片2)，現有的混凝土攪拌車大部分采用該形式的葉片。混凝土在攪拌筒中的攪拌原理進料時順時針旋轉攪拌筒(葉片為左旋的攪拌筒)，在攪拌站內，混凝土落下從進料斗到進料口順著葉片到封頭，葉片帶動混凝土向前翻滾，形成大循環縱攪拌，也叫主循環攪拌，同時隨著攪拌筒的旋轉，葉片作用于混凝土的力使混凝土周向挪動，與前進后受阻的混凝土沖撞，滑移、滲合形成周循環，也叫橫循環攪拌。圖2示出了另一種更為先進的雙螺旋面葉片3，是在上述直線型橫截面葉片(即第一螺旋面)的基礎上增加一個螺旋面，增加一個與第一螺旋面夾角略大于90°的第二螺旋面，整個葉片由第一螺旋面和第二螺旋面組成，稱為雙螺旋面，其橫截面呈端部折彎的直線型。第二螺旋面一是提高了的葉片主體的強度、剛度和耐磨性，二是實現了混凝土的局部攪拌功能，即沿著螺旋面的法線方向，從葉片的內緣到葉片的根部，混凝土在這一區域形成由里向外的翻滾，并沿著葉片的螺旋面混合攪拌不斷，這種攪拌形式也叫局部循環。和圖I中的普通葉片相比，雙螺旋面葉片有著不可替代的優點。由于葉片曲面的復雜性，如圖3所示，一般將整個葉片的第一螺旋面分成20個單元段，曲率近似的單元可通過同一套模具壓成，既要螺旋線精確，又不能使模具數量過多而增加成本，一般按單元劃分可做成6 8套模具。但是這種壓制方法只能沖壓出葉片的第一螺旋面，第二螺旋面需通過焊接工藝，把耐磨鋼板或耐磨鋼條焊接固定在第一螺旋面內緣，才能形成雙螺旋面葉片。目前，葉片模具是在坯料上加工出和螺旋面尺寸基本相同的工作面，加工工序先粗加工一普通機床粗加工，銑床切削掉大量的加工余量一電火花數控精加工至設計尺寸。這種模具加工方法具有以下缺點
I.制造工期長由于制造工藝復雜、制造工序多、切削余量大，普通機床切削和電火花加工需要很長的時間，并且普通機床不能自動走刀，完全的手控操作，這就要求較高的操作技術，因此加工難度大，制造周期長。2.材料利用率低螺旋面加工時最高點與最低點高度差大約45_75mm，制造一套葉片沖壓模具一般是6 8套，按6套計算，用模具鋼7噸左右，由于加工量大，所以材料利用率低。
另外，由于電火花加工工藝不能有過大的加工余量的限制，只能形成壓制第一螺旋面的工作面，第二螺旋面需通過焊接工藝固定在第一螺旋面內緣，才能形成雙螺旋面葉片。和整體壓制成型的雙螺旋面葉片相比，該種焊接葉片的工作性能就受到很大的約束，直接影響到葉片的剛度、耐磨性、攪拌均勻以及進出料速度，這樣不僅僅工人在罐內作業的勞動強度大，而且質量可控制性較差，制造出的攪拌罐攪拌功能和出料功能很難達到技術要求。
發明內容
本發明要解決一個技術問題是提供一種整體壓制成型雙螺旋面葉片的沖壓模具制造 方法。本發明要解決另一個技術問題是提供一種通過上述方法制成的模具。本發明要解決的一個技術問題是提供一種整體壓制成型的雙螺旋面葉片。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為
一種整體壓制成型雙螺旋面葉片的沖壓模具制造方法，
通過軟件模擬出單元段葉片的雙螺旋面，任一單元段，在該單元段上繪制出若干條分割線，分割線可以是在該單元段的雙螺旋面上繪制出可將該單元段細分成若干小段的分割曲線，還可以是通過直線順次連接三條螺旋線上的分割點形成的與分割曲線近似的分割直線，全部的分割線和該單元段兩端的端線或通過直線順次連接三條螺旋線端點形成的端線沿螺旋線方向列向排列，
模具包括兩個相配的第一半模和第二半模，第一半模和第二半模均包括一列間隔布置且垂直固定在底板上的若干塊支撐模板，每塊支撐模板頂邊具有狹長型窄工作面，每個窄工作面和一條分割線或端線對應，考慮葉片實際厚度后，根據雙螺旋面中分割線或端線的尺寸參數加工出對應的窄工作面，每個半模的全部窄工作面構成壓出該單元段雙螺旋面葉片的一個工作面，
底板所處平面平行于該單元段第一螺旋面的兩對角線，
其他單元段葉片的模具以同樣方法獲得。上述沖壓模具制造方法，
通過以下方法模擬葉片雙螺旋面的任一單元段
首先生成假想雙螺旋面，該假想雙螺旋面具有第一螺旋面和假想第二螺旋面，第一螺旋面具有第一螺旋線和第二螺旋線，假想第二螺旋面具有第二螺旋線和假想第三螺旋線，第二螺旋線是第一螺旋線的內縮并相對軸向后移，第二螺旋線軸向前移經過區域形成假想第二螺旋面，
將整個假想雙螺旋面沿螺旋線方向分成若干單元段，取任一單元段，將該單元段的假想第三螺旋線的兩端點和第一螺旋面正投影在一投影平面上，該投影平面平行于該單元段第一螺旋面的兩對角線，位于第一螺旋面投影區域中的端點投影距離第二螺旋線投影的垂直距離最大值為L，將假想第三螺旋線整體向內偏移L或略大于L，得到第三螺旋線，第三螺旋線全部點的正投影位于第一螺旋面投影區域邊界或之外，
第三螺旋線和第二螺旋線構成第二螺旋面，第一螺旋面和第二螺旋面共同構成該單元段葉片的雙螺旋面，
以同樣方法獲得其它單元段的雙螺旋面。
上述沖壓模具制造方法，所述第一螺旋線由前錐和后錐葉片的對數螺旋線以及中筒葉片的阿基米德螺旋線構成，
對數螺旋線的球面坐標參數方程
X=dl/2*cos(A)
Y= (dl/2) *sin (A) *e[sin(al)/tan(bl)]*A,
Z=dl*e[sin(al)/tan(bl)]*A/2*tan(al)；
其中
al—前錐或后錐的錐角， bl—螺旋角，
dl—兩端圓中的一端圓直徑，前錐為封頭直徑，后錐為罐尾直徑，
A —圓心角，對數螺旋線上的點沿錐體素線方向在端圓上的投影與該螺旋線在端圓上的點之間弧線對應的圓心角；
阿基米德螺旋線的球面坐標參數方程
X=d2*cos(A) /2,
Y= d2*sin(A)/2,
Z=A*d2/[2*tan(b2)]；
其中
d 2—中筒直徑， b2—螺旋角，
A —圓心角，阿基米德螺旋線上的點沿中筒素線方向在端圓上的投影與該螺旋線在端圓上的點之間弧線對應的圓心角；
根據上述公式繪制出第一螺旋線，該第一螺旋線復制內縮并沿軸線后移形成第二螺旋線，復制第二螺旋線并沿軸線前移30-40mm形成假想第三螺旋線，第一螺旋線、第二螺旋線和假想第三螺旋線共同構成假想雙螺旋面。上述沖壓模具制造方法，所述第一螺旋線通過描點法繪制，具體如下
繪出前錐的兩端圓，將每個端圓對應地均分成N等分，連接兩端圓的等分點，形成前錐的N條素線，第η條素線對應的角度Α=η*2 π /20，將角度A帶入公式計算出高度Ζ，找在高度Z處第η條素線的點，通過樣條曲線順次連接，得到近似的部分第一螺旋線；
中筒和后錐相應部分第一螺旋線以同樣方法獲得。上述沖壓模具制造方法，模擬出通過任一分割線或端線待切割模板，測量該模擬模板的尺寸并考慮葉片實際厚度后來切割加工實際模板，得到第一半模和第二半模相對的兩支撐模板；
以同樣方法獲得其它支撐模板，然后將支撐模板垂直固定在底板上，構成了第一半模和第二半模。上述沖壓模具制造方法，通過數控離子火焰切割。上述沖壓模具制造方法，所述分割線等分單元段的每條螺旋線。一種通雙螺旋面葉片沖壓模具，通過上述方法制成。 上述葉片沖壓模具，全部單元段葉片通過6-8套模具壓出。一種整體壓制成型的雙螺旋面葉片，通過上述沖壓模具壓制而成。
本發明沖壓模具的工作面是通過一列間隔布置且相對固定的若干窄工作面構成，根據模擬的雙螺旋面葉片并最終得到的分割線，根據分割線的尺寸加工出對應的窄工作面，然后將這些窄工作面相對固定，形成沖壓模具的工作面。由此可見，本發明沖壓模具的制造工藝簡單、周期短，材料利用率高，節約成本。另外，通過上述沖壓模具能夠沖壓形成整體雙螺旋面葉片，和現有的焊接雙螺旋面葉片相比，提高了葉片的強度、剛度和耐磨性。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明
圖I為一種現有直線型葉片的攪拌原理圖。圖2為雙螺旋面葉片的攪拌原理圖。圖3將整個葉片分成20個單元段的示意圖。
圖4為前錐或后錐部分的葉片假想雙螺旋面示意圖。圖5為中筒部分的葉片假想雙螺旋面示意圖。圖6為整個葉片假想雙螺旋面示意圖。圖7為單元段葉片分割線示意圖。圖8為半模的結構示意圖。圖9為模板的切割示意圖。圖中I筒體，2直線型葉片，3雙螺旋面葉片，4第一螺旋線，5第三螺旋線，6第二螺旋線，7支撐模板，8支撐模板。
具體實施例方式下面詳細介紹本發明沖壓模具制造方法，需要說明的是，述及到的“前”、“內”方向詞和普通理解是一致的，“前”是指朝筒體封頭方向，“內”是指葉片寬度方向上遠離筒體壁的方向，軸線是指筒體的回轉軸心線，“兩對角線”是指單元段葉片第一螺旋面兩兩對角的連線。葉片的雙螺旋面具有第一螺旋面和第二螺旋面，第一螺旋面具有第一螺旋線4和第二螺旋線6，第二螺旋面具有第二螺旋線和第三螺旋線5，從圖7中可以清楚地看出。對于單元段葉片的雙螺旋面，第一螺旋線、第二螺旋線和第三螺旋線可以通過在CAD、CAXA, soIidworks等軟件中輸入螺旋線方程式直接繪出，將整個雙螺旋面沿螺旋線方向分成若干單元段，從而獲得單元段葉片的雙螺旋面。下面介紹一種獲得單元段葉片的雙螺旋面的方法
首先繪制第一螺旋線，可以在軟件中輸入方程式直接繪出，也可以采用下述描點法繪出。第一螺旋線由前錐和后錐葉片的對數螺旋線以及中筒葉片的阿基米德螺旋線構成。對數螺旋線的球面坐標參數方程
X=dl/2*cos(A)
Y= (dl/2) *sin (A) *e[sin(al)/tan(bl)]*A,
Z=dl*e[sin(al)/tan(bl)]*A/2*tan(al)；
其中al—前錐或后錐的錐角， bl—螺旋角，
dl—兩端圓中的一端圓直徑，前錐為封頭直徑，后錐為罐尾直徑，
A —圓心角，對數螺旋線上的點沿錐體素線方向在端圓上的投影與該螺旋線在端圓上的點之間弧線對應的圓心角。阿基米德螺旋線的球面坐標參數方程
X=d2*cos(A)/2,
Y= d2*sin(A)/2, Z=A*d2/[2*tan(b2)]；
其中
d 2—中筒直徑， b2—螺旋角，
A —圓心角，阿基米德螺旋線上的點沿中筒素線方向在端圓上的投影與該螺旋線在端圓上的點之間弧線對應的圓心角。如圖4和圖5，繪出前錐的兩端圓，將每個端圓對應地均分成N等分，連接兩端圓的等分點，形成前錐的N條素線，第η條素線對應的角度Α=η*2 π /20，將角度A帶入公式計算出高度Ζ，找在高度Z處第η條素線的點，通過樣條曲線順次連接，得到近似的部分第一螺旋線。中筒和后錐相應部分第一螺旋線以同樣方法獲得。其次，通過繪出的第一螺旋線繪制出與實際葉片的雙螺旋面接近的假想雙螺旋面，如下
根據繪出的第一螺旋線，該第一螺旋線復制內縮并沿軸線后移形成第二螺旋線，具體為，第一螺旋線的點沿徑向內移(內移距離等于第一螺旋面的高度)，再軸向后移，得到第二螺旋線上的點，這兩點的連線和軸線大致呈75°角，因此，第一螺旋面不僅具有螺旋升角，而且在高度方向上還傾斜于筒體軸線。復制第二螺旋線并沿軸線前移30-40mm形成第三螺旋線。第一螺旋線、第二螺旋線和第三螺旋線共同構成假想雙螺旋面。最終形成的前錐或后錐部分的葉片假想雙螺旋面(如圖4)以及中筒部分的葉片假想雙螺旋面(如圖5)。把前錐、中筒、后錐的假想雙螺旋面連接在一起，形成完整假想雙螺旋面(如圖6)。形成的假想雙螺旋面，其假想第二螺旋面和第一螺旋面的夾角為銳角，如圖7所示，這種葉片的使用過程中，其攪拌效果不理想、夾角處容易存料、不易清洗，并且不能滿足沖壓工藝的要求。因此，需將整單元段上的第二螺旋面和第一螺旋面夾角至少等于90°，相當于將第二螺旋面外彎。下面對于上述獲得的假想雙螺旋面矯正，以獲得所需的實際葉片雙螺旋面，如下
將整個假想雙螺旋面沿螺旋線方向分成若干單元段，取任一單元段，如圖7所示，將該單元段的假想第三螺旋線的兩端點和第一螺旋面正投影在一投影平面上，該投影平面平行于該單元段第一螺旋面的兩對角線，位于第一螺旋面投影區域中的端點投影距離第二螺旋線投影的垂直距離最大值為L，將假想第三螺旋線整體向內偏移L或略大于L，得到第三螺旋線，第三螺旋線全部點的正投影位于第一螺旋面投影區域邊界或之外。
第三螺旋線和第二螺旋線構成第二螺旋面，第一螺旋面和第二螺旋面共同構成該單元段葉片的雙螺旋面，以同樣方法獲得其它單元段的雙螺旋面。最終，根據模擬出單元段葉片的雙螺旋面制造出沖壓模具，如下
取任一單元段，在該單元段上繪制出若干條分割線，分割線可以是在該單元段的雙螺旋面上繪制出可將該單元段細分成若干小段的分割曲線，還可以是通過直線順次連接三條螺旋線上的分割點形成的與分割曲線近似的分割直線，如圖7所示，全部的分割線和該單元段兩端的端線或通過直線順次連接三條螺旋線端點形成的端線沿螺旋線方向列向排列，優選地，所述分割線等分單元段的每條螺旋線。模具包括兩個相配的第一半模和第二半模，如圖8所示，第一半模和第二半模均 包括一列間隔布置且垂直固定在底板上的若干塊支撐模板7，每塊支撐模板頂邊具有狹長型窄工作面，每個窄工作面和一條分割線或端線對應，考慮葉片實際厚度后，根據雙螺旋面中分割線或端線的尺寸參數加工出對應的窄工作面，每個半模的全部窄工作面構成壓出該單元段雙螺旋面葉片的一個工作面。底板所處平面平行于該單元段第一螺旋面的兩對角線。其他單元段葉片的模具以同樣方法獲得。當然，形成這種支撐模板方法很多，可以通過數控機床加工，現在介紹一種簡單而節省材料的方法
模擬出通過任一分割線或端線待切割模板，測量該模擬模板的尺寸并考慮葉片實際厚度后來切割加工實際模板，得到第一半模和第二半模相對的兩支撐模板。以同樣方法獲得其它支撐模板，然后將支撐模板垂直固定在底板上，構成了第一半模和第二半模。優選地，通過數控離子火焰切割。上述述及到底板所處平面，也就是通過支撐模板底邊的平面，應當平行于第一螺旋面的兩對角線，使得上下模膛深度最淺且盡可能基本一致，便于沖壓。本發明還公開了通過上述方法制成的沖壓模以及通過該沖壓模整體壓制成型的雙螺旋面葉片。全部單元段葉片通過6-8套模具壓出。
權利要求
1.一種整體壓制成型雙螺旋面葉片的沖壓模具制造方法，其特征在于 通過軟件模擬出單元段葉片的雙螺旋面，任一單元段，在該單元段上繪制出若干條分割線，分割線可以是在該單元段的雙螺旋面上繪制出可將該單元段細分成若干小段的分割曲線，還可以是通過直線順次連接三條螺旋線上的分割點形成的與分割曲線近似的分割直線，全部的分割線和該單元段兩端的端線或通過直線順次連接三條螺旋線端點形成的端線沿螺旋線方向列向排列， 模具包括兩個相配的第一半模和第二半模，第一半模和第二半模均包括一列間隔布置且垂直固定在底板上的若干塊支撐模板，每塊支撐模板頂邊具有狹長型窄工作面，每個窄工作面和一條分割線或端線對應，考慮葉片實際厚度后，根據雙螺旋面中分割線或端線的尺寸參數加工出對應的窄工作面，每個半模的全部窄工作面構成壓出該單元段雙螺旋面葉片的一個工作面， 底板所處平面平行于該單元段第一螺旋面的兩對角線， 其他單元段葉片的模具以同樣方法獲得。
2.根據權利要求I所述的沖壓模具制造方法，其特征在于 通過以下方法模擬葉片雙螺旋面的任一單元段 首先生成假想雙螺旋面，該假想雙螺旋面具有第一螺旋面和假想第二螺旋面，第一螺旋面具有第一螺旋線和第二螺旋線，假想第二螺旋面具有第二螺旋線和假想第三螺旋線，第二螺旋線是第一螺旋線的內縮并相對軸向后移，第二螺旋線軸向前移經過區域形成假想第二螺旋面， 將整個假想雙螺旋面沿螺旋線方向分成若干單元段，取任一單元段，將該單元段的假想第三螺旋線的兩端點和第一螺旋面正投影在一投影平面上，該投影平面平行于該單元段第一螺旋面的兩對角線，位于第一螺旋面投影區域中的端點投影距離第二螺旋線投影的垂直距離最大值為L，將假想第三螺旋線整體向內偏移L或略大于L，得到第三螺旋線，第三螺旋線全部點的正投影位于第一螺旋面投影區域邊界或之外， 第三螺旋線和第二螺旋線構成第二螺旋面，第一螺旋面和第二螺旋面共同構成該單元段葉片的雙螺旋面， 以同樣方法獲得其它單元段的雙螺旋面。
3.根據權利要求2所述的沖壓模具制造方法，其特征在于所述第一螺旋線由前錐和后錐葉片的對數螺旋線以及中筒葉片的阿基米德螺旋線構成， 對數螺旋線的球面坐標參數方程X=dl/2*cos(A) Y= (dl/2) *sin (A) *e[sin(al)/tan(bl)]*A, Z=dl*e[sin(al)/tan(bl)]*A/2*tan(al)； 其中 al—前錐或后錐的錐角， bl—螺旋角， dl—兩端圓中的一端圓直徑，前錐為封頭直徑，后錐為罐尾直徑， A —圓心角，對數螺旋線上的點沿錐體素線方向在端圓上的投影與該螺旋線在端圓上的點之間弧線對應的圓心角；阿基米德螺旋線的球面坐標參數方程X=d2*cos(A)/2，Y= d2*sin(A)/2，Z=A*d2/[2*tan(b2)]； 其中 d 2—中筒直徑， b2—螺旋角， A —圓心角，阿基米德螺旋線上的點沿中筒素線方向在端圓上的投影與該螺旋線在端圓上的點之間弧線對應的圓心角； 根據上述公式繪制出第一螺旋線，該第一螺旋線復制內縮并沿軸線后移形成第二螺旋線，復制第二螺旋線并沿軸線前移30-40mm形成假想第三螺旋線，第一螺旋線、第二螺旋線和假想第三螺旋線共同構成假想雙螺旋面。
4.根據權利要求3所述的沖壓模具制造方法，其特征在于所述第一螺旋線通過描點法繪制，具體如下 繪出前錐的兩端圓，將每個端圓對應地均分成N等分，連接兩端圓的等分點，形成前錐的N條素線，第η條素線對應的角度Α=η*2 π /20，將角度A帶入公式計算出高度Ζ，找在高度Z處第η條素線的點，通過樣條曲線順次連接，得到近似的部分第一螺旋線； 中筒和后錐相應部分第一螺旋線以同樣方法獲得。
5.根據權利要求I所述的沖壓模具制造方法，其特征在于模擬出通過任一分割線或端線待切割模板，測量該模擬模板的尺寸并考慮葉片實際厚度后來切割加工實際模板，得到第一半模和第二半模相對的兩支撐模板； 以同樣方法獲得其它支撐模板，然后將支撐模板垂直固定在底板上，構成了第一半模和第二半模。
6.根據權利要求5所述的沖壓模具制造方法，其特征在于通過數控離子火焰切割。
7.根據權利要求I所述的沖壓模具制造方法，其特征在于所述分割線等分單元段的每條螺旋線。
8.—種通雙螺旋面葉片沖壓模具，其特征在于通過任一上述權利要求所述的方法制成。
9.根據權利要求8所述的葉片沖壓模具，其特征在于全部單元段葉片通過6-8套模具壓出。
10.一種整體壓制成型的雙螺旋面葉片，其特征在于通過權利要求8或9所述的沖壓模具壓制而成。
全文摘要
本發明公開了一種整體壓制成型雙螺旋面葉片的沖壓模具制造方法，通過軟件模擬出單元段葉片的雙螺旋面，任一單元段，在該單元段上繪制出若干條分割線，全部的分割線和該單元段兩端的端線或通過直線順次連接三條螺旋線端點形成的端線沿螺旋線方向列向排列，模具包括兩個相配的第一半模和第二半模，第一半模和第二半模均包括一列間隔布置且垂直固定在底板上的若干塊支撐模板，每塊支撐模板頂邊具有狹長型窄工作面，每個窄工作面和一條分割線或端線對應，根據雙螺旋面中分割線或端線的尺寸參數加工出對應的窄工作面。本發明還公開了通過上述方法制成的模具和通過模具壓制成型的雙螺旋面葉片。
文檔編號B28C5/42GK102825147SQ20121030441
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者徐輝建, 楊合連, 毛雪亮, 趙友果 申請人:梁山縣楊嘉掛車制造有限公司