专利名称：混凝土搅拌运输车叶片、叶片的冲压模以及该冲压模的制造方法
技术领域：
本发明属于混凝土搅拌运输车制造领域，具体涉及混凝土搅拌运输车筒体叶片、叶片的冲压模以及该冲压模的制造方法。
背景技术：
混凝土搅拌运输车由汽车底盘和混凝土搅拌运输专用装置组成，通过取力装置将汽车底盘的动力取出，并驱动液压系统的变量泵，把机械能转化为液压能传给定量马达，马达再驱动减速机，由减速机驱动搅拌装置，对混凝土进行搅拌。 现有的混凝土搅拌运输车筒体由前锥、中筒和后锥组成。在前锥和后锥，叶片沿对数螺旋线延伸，中筒处的叶片沿阿基米德螺旋线延伸。图I示出了叶片横截面呈直线型的普通叶片(直线型叶片2)，现有的混凝土搅拌车大部分采用该形式的叶片。混凝土在搅拌筒中的搅拌原理进料时顺时针旋转搅拌筒(叶片为左旋的搅拌筒)，在搅拌站内，混凝土落下从进料斗到进料口顺着叶片到封头，叶片带动混凝土向前翻滚，形成大循环纵搅拌，也叫主循环搅拌，同时随着搅拌筒的旋转，叶片作用于混凝土的力使混凝土周向挪动，与前进后受阻的混凝土冲撞，滑移、渗合形成周循环，也叫横循环搅拌。图2示出了另一种更为先进的双螺旋面叶片3，是在上述直线型横截面叶片(即第一螺旋面)的基础上增加一个螺旋面，增加一个与第一螺旋面夹角略大于90°的第二螺旋面，整个叶片由第一螺旋面和第二螺旋面组成，称为双螺旋面，其横截面呈端部折弯的直线型。第二螺旋面一是提高了的叶片主体的强度、刚度和耐磨性，二是实现了混凝土的局部搅拌功能，即沿着螺旋面的法线方向，从叶片的内缘到叶片的根部，混凝土在这一区域形成由里向外的翻滚，并沿着叶片的螺旋面混合搅拌不断，这种搅拌形式也叫局部循环。和图I中的普通叶片相比，双螺旋面叶片有着不可替代的优点。由于叶片曲面的复杂性，如图3所示，一般将整个叶片的第一螺旋面分成20个单元段，曲率近似的单元可通过同一套模具压成，既要螺旋线精确，又不能使模具数量过多而增加成本，一般按单元划分可做成6 8套模具。但是这种压制方法只能冲压出叶片的第一螺旋面，第二螺旋面需通过焊接工艺，把耐磨钢板或耐磨钢条焊接固定在第一螺旋面内缘，才能形成双螺旋面叶片。目前，叶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机床粗加工，铣床切削掉大量的加工余量一电火花数控精加工至设计尺寸。这种模具加工方法具有以下缺点
I.制造工期长由于制造工艺复杂、制造工序多、切削余量大，普通机床切削和电火花加工需要很长的时间，并且普通机床不能自动走刀，完全的手控操作，这就要求较高的操作技术，因此加工难度大，制造周期长。2.材料利用率低螺旋面加工时最高点与最低点高度差大约45_75mm，制造一套叶片冲压模具一般是6 8套，按6套计算，用模具钢7吨左右，由于加工量大，所以材料利用率低。
另外，由于电火花加工工艺不能有过大的加工余量的限制，只能形成压制第一螺旋面的工作面，第二螺旋面需通过焊接工艺固定在第一螺旋面内缘，才能形成双螺旋面叶片。和整体压制成型的双螺旋面叶片相比，该种焊接叶片的工作性能就受到很大的约束，直接影响到叶片的刚度、耐磨性、搅拌均匀以及进出料速度，这样不仅仅工人在罐内作业的劳动强度大，而且质量可控制性较差，制造出的搅拌罐搅拌功能和出料功能很难达到技术要求。
发明内容
本发明要解决一个技术问题是提供一种整体压制成型双螺旋面叶片的冲压模具制造 方法。本发明要解决另一个技术问题是提供一种通过上述方法制成的模具。本发明要解决的一个技术问题是提供一种整体压制成型的双螺旋面叶片。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为
一种整体压制成型双螺旋面叶片的冲压模具制造方法，
通过软件模拟出单元段叶片的双螺旋面，任一单元段，在该单元段上绘制出若干条分割线，分割线可以是在该单元段的双螺旋面上绘制出可将该单元段细分成若干小段的分割曲线，还可以是通过直线顺次连接三条螺旋线上的分割点形成的与分割曲线近似的分割直线，全部的分割线和该单元段两端的端线或通过直线顺次连接三条螺旋线端点形成的端线沿螺旋线方向列向排列，
模具包括两个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间隔布置且垂直固定在底板上的若干块支撑模板，每块支撑模板顶边具有狭长型窄工作面，每个窄工作面和一条分割线或端线对应，考虑叶片实际厚度后，根据双螺旋面中分割线或端线的尺寸参数加工出对应的窄工作面，每个半模的全部窄工作面构成压出该单元段双螺旋面叶片的一个工作面，
底板所处平面平行于该单元段第一螺旋面的两对角线，
其他单元段叶片的模具以同样方法获得。上述冲压模具制造方法，
通过以下方法模拟叶片双螺旋面的任一单元段
首先生成假想双螺旋面，该假想双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线和第二螺旋线，假想第二螺旋面具有第二螺旋线和假想第三螺旋线，第二螺旋线是第一螺旋线的内缩并相对轴向后移，第二螺旋线轴向前移经过区域形成假想第二螺旋面，
将整个假想双螺旋面沿螺旋线方向分成若干单元段，取任一单元段，将该单元段的假想第三螺旋线的两端点和第一螺旋面正投影在一投影平面上，该投影平面平行于该单元段第一螺旋面的两对角线，位于第一螺旋面投影区域中的端点投影距离第二螺旋线投影的垂直距离最大值为L，将假想第三螺旋线整体向内偏移L或略大于L，得到第三螺旋线，第三螺旋线全部点的正投影位于第一螺旋面投影区域边界或之外，
第三螺旋线和第二螺旋线构成第二螺旋面，第一螺旋面和第二螺旋面共同构成该单元段叶片的双螺旋面，
以同样方法获得其它单元段的双螺旋面。
上述冲压模具制造方法，所述第一螺旋线由前锥和后锥叶片的对数螺旋线以及中筒叶片的阿基米德螺旋线构成，
对数螺旋线的球面坐标参数方程
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—前锥或后锥的锥角， bl—螺旋角，
dl—两端圆中的一端圆直径，前锥为封头直径，后锥为罐尾直径，
A —圆心角，对数螺旋线上的点沿锥体素线方向在端圆上的投影与该螺旋线在端圆上的点之间弧线对应的圆心角；
阿基米德螺旋线的球面坐标参数方程
X=d2*cos(A) /2,
Y= d2*sin(A)/2,
Z=A*d2/[2*tan(b2)]；
其中
d 2—中筒直径， b2—螺旋角，
A —圆心角，阿基米德螺旋线上的点沿中筒素线方向在端圆上的投影与该螺旋线在端圆上的点之间弧线对应的圆心角；
根据上述公式绘制出第一螺旋线，该第一螺旋线复制内缩并沿轴线后移形成第二螺旋线，复制第二螺旋线并沿轴线前移30-40mm形成假想第三螺旋线，第一螺旋线、第二螺旋线和假想第三螺旋线共同构成假想双螺旋面。上述冲压模具制造方法，所述第一螺旋线通过描点法绘制，具体如下
绘出前锥的两端圆，将每个端圆对应地均分成N等分，连接两端圆的等分点，形成前锥的N条素线，第η条素线对应的角度Α=η*2 π /20，将角度A带入公式计算出高度Ζ，找在高度Z处第η条素线的点，通过样条曲线顺次连接，得到近似的部分第一螺旋线；
中筒和后锥相应部分第一螺旋线以同样方法获得。上述冲压模具制造方法，模拟出通过任一分割线或端线待切割模板，测量该模拟模板的尺寸并考虑叶片实际厚度后来切割加工实际模板，得到第一半模和第二半模相对的两支撑模板；
以同样方法获得其它支撑模板，然后将支撑模板垂直固定在底板上，构成了第一半模和第二半模。上述冲压模具制造方法，通过数控离子火焰切割。上述冲压模具制造方法，所述分割线等分单元段的每条螺旋线。一种通双螺旋面叶片冲压模具，通过上述方法制成。 上述叶片冲压模具，全部单元段叶片通过6-8套模具压出。一种整体压制成型的双螺旋面叶片，通过上述冲压模具压制而成。
本发明冲压模具的工作面是通过一列间隔布置且相对固定的若干窄工作面构成，根据模拟的双螺旋面叶片并最终得到的分割线，根据分割线的尺寸加工出对应的窄工作面，然后将这些窄工作面相对固定，形成冲压模具的工作面。由此可见，本发明冲压模具的制造工艺简单、周期短，材料利用率高，节约成本。另外，通过上述冲压模具能够冲压形成整体双螺旋面叶片，和现有的焊接双螺旋面叶片相比，提高了叶片的强度、刚度和耐磨性。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明
图I为一种现有直线型叶片的搅拌原理图。图2为双螺旋面叶片的搅拌原理图。图3将整个叶片分成20个单元段的示意图。
图4为前锥或后锥部分的叶片假想双螺旋面示意图。图5为中筒部分的叶片假想双螺旋面示意图。图6为整个叶片假想双螺旋面示意图。图7为单元段叶片分割线示意图。图8为半模的结构示意图。图9为模板的切割示意图。图中I筒体，2直线型叶片，3双螺旋面叶片，4第一螺旋线，5第三螺旋线，6第二螺旋线，7支撑模板，8支撑模板。
具体实施例方式下面详细介绍本发明冲压模具制造方法，需要说明的是，述及到的“前”、“内”方向词和普通理解是一致的，“前”是指朝筒体封头方向，“内”是指叶片宽度方向上远离筒体壁的方向，轴线是指筒体的回转轴心线，“两对角线”是指单元段叶片第一螺旋面两两对角的连线。叶片的双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线4和第二螺旋线6，第二螺旋面具有第二螺旋线和第三螺旋线5，从图7中可以清楚地看出。对于单元段叶片的双螺旋面，第一螺旋线、第二螺旋线和第三螺旋线可以通过在CAD、CAXA, soIidworks等软件中输入螺旋线方程式直接绘出，将整个双螺旋面沿螺旋线方向分成若干单元段，从而获得单元段叶片的双螺旋面。下面介绍一种获得单元段叶片的双螺旋面的方法
首先绘制第一螺旋线，可以在软件中输入方程式直接绘出，也可以采用下述描点法绘出。第一螺旋线由前锥和后锥叶片的对数螺旋线以及中筒叶片的阿基米德螺旋线构成。对数螺旋线的球面坐标参数方程
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—前锥或后锥的锥角， bl—螺旋角，
dl—两端圆中的一端圆直径，前锥为封头直径，后锥为罐尾直径，
A —圆心角，对数螺旋线上的点沿锥体素线方向在端圆上的投影与该螺旋线在端圆上的点之间弧线对应的圆心角。阿基米德螺旋线的球面坐标参数方程
X=d2*cos(A)/2,
Y= d2*sin(A)/2, Z=A*d2/[2*tan(b2)]；
其中
d 2—中筒直径， b2—螺旋角，
A —圆心角，阿基米德螺旋线上的点沿中筒素线方向在端圆上的投影与该螺旋线在端圆上的点之间弧线对应的圆心角。如图4和图5，绘出前锥的两端圆，将每个端圆对应地均分成N等分，连接两端圆的等分点，形成前锥的N条素线，第η条素线对应的角度Α=η*2 π /20，将角度A带入公式计算出高度Ζ，找在高度Z处第η条素线的点，通过样条曲线顺次连接，得到近似的部分第一螺旋线。中筒和后锥相应部分第一螺旋线以同样方法获得。其次，通过绘出的第一螺旋线绘制出与实际叶片的双螺旋面接近的假想双螺旋面，如下
根据绘出的第一螺旋线，该第一螺旋线复制内缩并沿轴线后移形成第二螺旋线，具体为，第一螺旋线的点沿径向内移(内移距离等于第一螺旋面的高度)，再轴向后移，得到第二螺旋线上的点，这两点的连线和轴线大致呈75°角，因此，第一螺旋面不仅具有螺旋升角，而且在高度方向上还倾斜于筒体轴线。复制第二螺旋线并沿轴线前移30-40mm形成第三螺旋线。第一螺旋线、第二螺旋线和第三螺旋线共同构成假想双螺旋面。最终形成的前锥或后锥部分的叶片假想双螺旋面(如图4)以及中筒部分的叶片假想双螺旋面(如图5)。把前锥、中筒、后锥的假想双螺旋面连接在一起，形成完整假想双螺旋面(如图6)。形成的假想双螺旋面，其假想第二螺旋面和第一螺旋面的夹角为锐角，如图7所示，这种叶片的使用过程中，其搅拌效果不理想、夹角处容易存料、不易清洗，并且不能满足冲压工艺的要求。因此，需将整单元段上的第二螺旋面和第一螺旋面夹角至少等于90°，相当于将第二螺旋面外弯。下面对于上述获得的假想双螺旋面矫正，以获得所需的实际叶片双螺旋面，如下
将整个假想双螺旋面沿螺旋线方向分成若干单元段，取任一单元段，如图7所示，将该单元段的假想第三螺旋线的两端点和第一螺旋面正投影在一投影平面上，该投影平面平行于该单元段第一螺旋面的两对角线，位于第一螺旋面投影区域中的端点投影距离第二螺旋线投影的垂直距离最大值为L，将假想第三螺旋线整体向内偏移L或略大于L，得到第三螺旋线，第三螺旋线全部点的正投影位于第一螺旋面投影区域边界或之外。
第三螺旋线和第二螺旋线构成第二螺旋面，第一螺旋面和第二螺旋面共同构成该单元段叶片的双螺旋面，以同样方法获得其它单元段的双螺旋面。最终，根据模拟出单元段叶片的双螺旋面制造出冲压模具，如下
取任一单元段，在该单元段上绘制出若干条分割线，分割线可以是在该单元段的双螺旋面上绘制出可将该单元段细分成若干小段的分割曲线，还可以是通过直线顺次连接三条螺旋线上的分割点形成的与分割曲线近似的分割直线，如图7所示，全部的分割线和该单元段两端的端线或通过直线顺次连接三条螺旋线端点形成的端线沿螺旋线方向列向排列，优选地，所述分割线等分单元段的每条螺旋线。模具包括两个相配的第一半模和第二半模，如图8所示，第一半模和第二半模均 包括一列间隔布置且垂直固定在底板上的若干块支撑模板7，每块支撑模板顶边具有狭长型窄工作面，每个窄工作面和一条分割线或端线对应，考虑叶片实际厚度后，根据双螺旋面中分割线或端线的尺寸参数加工出对应的窄工作面，每个半模的全部窄工作面构成压出该单元段双螺旋面叶片的一个工作面。底板所处平面平行于该单元段第一螺旋面的两对角线。其他单元段叶片的模具以同样方法获得。当然，形成这种支撑模板方法很多，可以通过数控机床加工，现在介绍一种简单而节省材料的方法
模拟出通过任一分割线或端线待切割模板，测量该模拟模板的尺寸并考虑叶片实际厚度后来切割加工实际模板，得到第一半模和第二半模相对的两支撑模板。以同样方法获得其它支撑模板，然后将支撑模板垂直固定在底板上，构成了第一半模和第二半模。优选地，通过数控离子火焰切割。上述述及到底板所处平面，也就是通过支撑模板底边的平面，应当平行于第一螺旋面的两对角线，使得上下模膛深度最浅且尽可能基本一致，便于冲压。本发明还公开了通过上述方法制成的冲压模以及通过该冲压模整体压制成型的双螺旋面叶片。全部单元段叶片通过6-8套模具压出。
权利要求
1.一种整体压制成型双螺旋面叶片的冲压模具制造方法，其特征在于 通过软件模拟出单元段叶片的双螺旋面，任一单元段，在该单元段上绘制出若干条分割线，分割线可以是在该单元段的双螺旋面上绘制出可将该单元段细分成若干小段的分割曲线，还可以是通过直线顺次连接三条螺旋线上的分割点形成的与分割曲线近似的分割直线，全部的分割线和该单元段两端的端线或通过直线顺次连接三条螺旋线端点形成的端线沿螺旋线方向列向排列， 模具包括两个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间隔布置且垂直固定在底板上的若干块支撑模板，每块支撑模板顶边具有狭长型窄工作面，每个窄工作面和一条分割线或端线对应，考虑叶片实际厚度后，根据双螺旋面中分割线或端线的尺寸参数加工出对应的窄工作面，每个半模的全部窄工作面构成压出该单元段双螺旋面叶片的一个工作面， 底板所处平面平行于该单元段第一螺旋面的两对角线， 其他单元段叶片的模具以同样方法获得。
2.根据权利要求I所述的冲压模具制造方法，其特征在于 通过以下方法模拟叶片双螺旋面的任一单元段 首先生成假想双螺旋面，该假想双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线和第二螺旋线，假想第二螺旋面具有第二螺旋线和假想第三螺旋线，第二螺旋线是第一螺旋线的内缩并相对轴向后移，第二螺旋线轴向前移经过区域形成假想第二螺旋面， 将整个假想双螺旋面沿螺旋线方向分成若干单元段，取任一单元段，将该单元段的假想第三螺旋线的两端点和第一螺旋面正投影在一投影平面上，该投影平面平行于该单元段第一螺旋面的两对角线，位于第一螺旋面投影区域中的端点投影距离第二螺旋线投影的垂直距离最大值为L，将假想第三螺旋线整体向内偏移L或略大于L，得到第三螺旋线，第三螺旋线全部点的正投影位于第一螺旋面投影区域边界或之外， 第三螺旋线和第二螺旋线构成第二螺旋面，第一螺旋面和第二螺旋面共同构成该单元段叶片的双螺旋面， 以同样方法获得其它单元段的双螺旋面。
3.根据权利要求2所述的冲压模具制造方法，其特征在于所述第一螺旋线由前锥和后锥叶片的对数螺旋线以及中筒叶片的阿基米德螺旋线构成， 对数螺旋线的球面坐标参数方程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—前锥或后锥的锥角， bl—螺旋角， dl—两端圆中的一端圆直径，前锥为封头直径，后锥为罐尾直径， A —圆心角，对数螺旋线上的点沿锥体素线方向在端圆上的投影与该螺旋线在端圆上的点之间弧线对应的圆心角；阿基米德螺旋线的球面坐标参数方程X=d2*cos(A)/2，Y= d2*sin(A)/2，Z=A*d2/[2*tan(b2)]； 其中 d 2—中筒直径， b2—螺旋角， A —圆心角，阿基米德螺旋线上的点沿中筒素线方向在端圆上的投影与该螺旋线在端圆上的点之间弧线对应的圆心角； 根据上述公式绘制出第一螺旋线，该第一螺旋线复制内缩并沿轴线后移形成第二螺旋线，复制第二螺旋线并沿轴线前移30-40mm形成假想第三螺旋线，第一螺旋线、第二螺旋线和假想第三螺旋线共同构成假想双螺旋面。
4.根据权利要求3所述的冲压模具制造方法，其特征在于所述第一螺旋线通过描点法绘制，具体如下 绘出前锥的两端圆，将每个端圆对应地均分成N等分，连接两端圆的等分点，形成前锥的N条素线，第η条素线对应的角度Α=η*2 π /20，将角度A带入公式计算出高度Ζ，找在高度Z处第η条素线的点，通过样条曲线顺次连接，得到近似的部分第一螺旋线； 中筒和后锥相应部分第一螺旋线以同样方法获得。
5.根据权利要求I所述的冲压模具制造方法，其特征在于模拟出通过任一分割线或端线待切割模板，测量该模拟模板的尺寸并考虑叶片实际厚度后来切割加工实际模板，得到第一半模和第二半模相对的两支撑模板； 以同样方法获得其它支撑模板，然后将支撑模板垂直固定在底板上，构成了第一半模和第二半模。
6.根据权利要求5所述的冲压模具制造方法，其特征在于通过数控离子火焰切割。
7.根据权利要求I所述的冲压模具制造方法，其特征在于所述分割线等分单元段的每条螺旋线。
8.—种通双螺旋面叶片冲压模具，其特征在于通过任一上述权利要求所述的方法制成。
9.根据权利要求8所述的叶片冲压模具，其特征在于全部单元段叶片通过6-8套模具压出。
10.一种整体压制成型的双螺旋面叶片，其特征在于通过权利要求8或9所述的冲压模具压制而成。
全文摘要
本发明公开了一种整体压制成型双螺旋面叶片的冲压模具制造方法，通过软件模拟出单元段叶片的双螺旋面，任一单元段，在该单元段上绘制出若干条分割线，全部的分割线和该单元段两端的端线或通过直线顺次连接三条螺旋线端点形成的端线沿螺旋线方向列向排列，模具包括两个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间隔布置且垂直固定在底板上的若干块支撑模板，每块支撑模板顶边具有狭长型窄工作面，每个窄工作面和一条分割线或端线对应，根据双螺旋面中分割线或端线的尺寸参数加工出对应的窄工作面。本发明还公开了通过上述方法制成的模具和通过模具压制成型的双螺旋面叶片。
文档编号B28C5/42GK102825147SQ20121030441
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者徐辉建, 杨合连, 毛雪亮, 赵友果 申请人:梁山县杨嘉挂车制造有限公司