汽車(chē)電機(jī)爪極熱鍛正擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)

1、汽車(chē)電機(jī)爪極熱鍛正擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)周濱, 辛選榮, 劉汀(河南科技大學(xué), 河南 洛陽(yáng) 471003)摘 要: 在分析爪極分流式反擠壓工藝的基礎(chǔ)上, 針對(duì)爪極零件特點(diǎn), 制定出爪極熱擠壓精密成形新工藝: 熱鍛正擠壓成形+ 冷精整, 并進(jìn)行了相關(guān)模具設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞: 爪極; 凈形鍛造; 熱擠壓; 模具設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào): T G376. 2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 100123814 (2004) 1220038203Ho t- f org in g Techon logy an d M ould D e s ign f or Gen era tor Po le of A utom ob ileZH

2、OU B in , X IN X u a n 2ro n g , L IU Tin g(H enan U n iv e rs ity of S c ience & T ech nology , L u oy ang 471003, C h ina )A bstrac t: A im ed a t gene ra to r po les fea tu re, b ranch ing ind irec t ex t ru sio n p ro ce ss o f gene ra to r po le w a s ana lyzed, th e com b ined ho t2co ld e

3、x t ru sio n p ro ce ssing o f gene ra to r po le, ho t d irec ted2ex t ru sio n and p rec isio n sh ap ed is co n st itu ted. T h e m o lud o f gene ra to r po le is de signed.Key words: gene ra to r po le; ne t sh ap e fo rg ing; ho t ex t ru sio n; m o u ld de sign的軸向流動(dòng), 分流式反擠壓因此得名3 。該工藝的顯著缺點(diǎn)是: (

4、 1) 對(duì)設(shè)備的要求較高, 從 經(jīng)濟(jì)性上看不太好; ( 2) 鍛造溫度太高, 對(duì)磁極不利, 而 且反擠壓成形壓力太大, 爪部充填比較困難且易出現(xiàn) 毛刺。為此, 本文開(kāi)發(fā)出爪極熱鍛正擠凈形加工新工藝(如圖 3 所示) , 其工藝路線是: 制坯加熱鐓粗預(yù)成 形正擠壓成形酸洗冷鍛精整冷切邊磨毛刺機(jī)加工中心孔。爪極是汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)的重要零件, 有較高的內(nèi)在質(zhì)量要求和嚴(yán)格的尺寸限制, 形狀十分復(fù)雜, 在較薄的平盤(pán)上均布著六只豎爪, 豎爪都有較高的截面尺寸要 求, 并且豎爪的內(nèi)表面是帶錐度的圓弧面, 成形相當(dāng)困 難。由于該類(lèi)制件國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)前景看好, 各生產(chǎn)廠家紛紛開(kāi)發(fā)出各種生產(chǎn)工藝。目前爪極成形工藝有:

5、板料沖 壓、模鍛、冷擠壓、溫?cái)D壓、溫冷鍛聯(lián)合、鐓擠2壓彎閉式 模鍛以及分流式反擠壓等1, 2 。其中以分流式反擠壓工 藝優(yōu)勢(shì)最為明顯, 本文在分析該工藝的基礎(chǔ)上, 提出了 一種熱鍛正擠壓成形新工藝, 并進(jìn)行了模具設(shè)計(jì)。1工藝方案圖 1 為汽車(chē)發(fā)電機(jī)爪極零件圖 3 熱擠壓冷精整工藝22. 1工藝參數(shù)計(jì)算擠壓件參數(shù)的計(jì)算圖的三維造型。 爪極分流式反擠壓工藝路線是: 制坯加熱鐓 粗 分 流 反 擠 壓 成 形 熱 切 邊沖孔料箱內(nèi)堆冷 ( 鍛件余熱退火軟化) 磷化皂化處理冷鍛 精整。 其分流式反擠壓成形工藝 如圖 2 所示。鍛造時(shí), 壓力機(jī)滑塊4因是熱擠壓件, 材料的線膨脹系數(shù)取 1. 2%計(jì)算熱擠

6、壓件各有關(guān)尺寸,繪制熱擠壓件圖如圖4 所示。擠 壓 件 體 積 V 擠1爪極的三維造型3= 86 991. 37 mm 。擠壓件與凸模的 接觸面積即毛坯與凹帶動(dòng)沖頭下行沖頭進(jìn)入凹模形成磁極型腔。 隨著沖頭的繼續(xù)下行, 沖頭開(kāi)始擠壓坯件, 在擠壓的過(guò)程中金屬 產(chǎn)生徑向流動(dòng), 并且被凹模內(nèi)的 6 個(gè)凸臺(tái)劈為 6 份, 繼 而受阻于凹模內(nèi)壁, 由徑向轉(zhuǎn)變?yōu)闆_頭運(yùn)動(dòng)方向相反圖 4 熱擠壓件圖模的真實(shí)接觸面積在與擠壓力相垂直平面上的投影面積 A 0 = 5 003. 1 mm 2。收稿日期: 2004208209作者簡(jiǎn)介: 周濱 ( 19802) , 男, 河南洛陽(yáng)人, 碩士研究生。圖 2 分流式反擠壓

7、成形工藝工藝技術(shù)熱加工工藝 2004 年第 12 期39六個(gè)豎爪端部面積之和 A 1 = 102. 06 mm 2。斷面收縮率 A = (A 0 - A 1 ) A 0 ×100% = 97. 9% 。 擠壓比 G = A 0 A 1 = 49。擠壓件質(zhì)量 M 擠 = V 擠 x = 0. 687 k g ( 其中 為電 磁純鐵的密度)。2. 2毛坯的規(guī)格計(jì)算壓成形。擠壓完成后, 壓力機(jī)上的頂料裝置通過(guò)頂桿推動(dòng)頂出器向上運(yùn)動(dòng), 將擠壓件頂出。( 1) 凸模由于爪極形狀特殊, 凸模采用異形凸 模, 其結(jié)構(gòu)如圖 6 所示, 用線切割法加工而成。 固定方式采用 與 凸 模 套 過(guò) 盈 配

8、合, 過(guò) 盈 量 為0. 1 mm 。凸 模 各 部 分 尺 寸: 凸 模 直 徑 按 擠 壓 凹 模 型 腔 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì),2% 5材料加熱時(shí)有燒損, 取燒損率為 1.壓件所需毛坯的質(zhì)量為:M 毛 = M 擠 × (1+ 1. 2% ) = 0. 695 k g, 所以擠則毛坯的體積 V 毛 = M 毛 = 88005 mm 3考慮到凹模的特殊形狀與尺寸, 選圓棒料毛坯直 徑為 55 mm , 則毛坯的長(zhǎng)度 L = 4V 毛 d 0 2 = 37 mm 。2. 3擠壓力的計(jì)算 4 圖 6 凸模的三維造型它們之間的配合關(guān)系為基軸制間隙配合 H 8h 7。 凸模高度按擠壓工作行程和模

9、具閉合高度來(lái)設(shè)計(jì)。( 2) 凹模凹模為內(nèi)部有六個(gè)豎爪的整體型腔凹 模, 其三維造型如圖 7 示,采用電火花加工。 凹模型腔尺寸按擠壓件進(jìn)行設(shè)計(jì), 型腔直徑為91. 6 mm ; 型腔高 度 = 預(yù) 鍛 毛 坯 直 徑 + ( 5 10 ) mm , 預(yù) 鍛 毛 坯 直 徑 為 17 mm , 故取其高為 25 mm ;凹模高度為 70 mm 。在設(shè) 圖 7 正擠壓凹模的三維造型計(jì)凹模型腔時(shí), 在 6 個(gè)豎爪的端面上分別開(kāi)出一個(gè) <3(2uL R )F = A t b ln (A t A m ) e式中: A t 為擠壓筒內(nèi)腔橫截面積 ( 5 003. 1 mm 2 ) ;b 為擠壓溫度下

10、電磁純鐵的抗拉強(qiáng)度 ( 1 100時(shí) b =19 M P a, 900時(shí) b = 35 M P a 6 ) ; A m 為金屬擠出?？?的橫截面積 ( 102. 06 mm 2 ) ; u 為金屬與擠壓筒的摩擦 系數(shù), 取 0. 15; L 為毛坯的長(zhǎng)度 ( 37 mm ) ; R 為擠壓筒 內(nèi)半徑 (39. 9 mm )經(jīng)計(jì)算, 若采用 1 100擠壓, F = 2 634 kN , 擠壓 力很小, 但對(duì)材料內(nèi)部組織的改變非常大, 擠壓后必須進(jìn)行退火和磷化皂化處理, 并且擠壓時(shí)易出現(xiàn)毛刺; 若采用 900擠壓, F = 4 841 kN , 擠壓力不算太大, 而電 磁純鐵在這一溫度時(shí)塑性已經(jīng)

11、很好, 且其內(nèi)部組織改變也不大, 擠壓后不用再進(jìn)行退火和磷化皂化等一系 列復(fù)雜工序。 綜合以上分析決定采用 900擠壓。的小孔, 一是可以避免零件的爪部在擠壓過(guò)程中mm充填不滿, 二是擠壓過(guò)程中脫落的氧化皮可以通過(guò)這幾個(gè)小孔排出。因?yàn)榱慵钄D壓力較大, 而且是 900熱擠壓,模具工作時(shí)溫度可達(dá) 500, 所以凹模材料選用強(qiáng)度 較高的W 6M o 5C r4V 2, 熱處理硬度 60 64 H R C; 中預(yù) 應(yīng)力圈在工作時(shí)溫度也有 400左右, 可選用強(qiáng)度稍 低的 5C rM nM o , 熱處理硬度 44 48 H R C; 外預(yù)應(yīng)力 圈則要求不高, 選用 40C r 就可以了, 熱處理硬

12、度 4246 H R C。內(nèi)外圈的配合為過(guò)盈配合, 中預(yù)應(yīng)力圈與凹模之 間過(guò)盈量取 1. 05 mm ; 外預(yù)應(yīng)力圈與中預(yù)應(yīng)力圈之間的過(guò)盈量取 0. 76 mm 。其壓合方法采用常溫壓合, 配合 面要有一定斜度, 一般取 1°30, 再大則在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)自動(dòng)松脫現(xiàn)象。壓合時(shí), 各圈的壓合順序是自 外向內(nèi), 即先將中預(yù)應(yīng)力圈壓入外預(yù)應(yīng)力圈, 再將內(nèi)層凹模壓入中預(yù)應(yīng)力圈; 壓出順序則相反。 壓合后, 由于凹模內(nèi)腔直徑有所減小, 因此, 應(yīng)對(duì)凹模內(nèi)腔再次研 磨, 以保證所要求的尺寸大小和精度。3. 2 精整模設(shè)計(jì)精整模的結(jié)構(gòu)與擠壓模的結(jié)構(gòu)大部分相同, 不同 之處在模具的工作部分- 凸

13、模與凹模。 精整模上的飛3 模具設(shè)計(jì)3. 1擠壓模設(shè)計(jì)本套模具采用模口導(dǎo)向的正擠壓模, 該模具的總 裝圖見(jiàn)圖 5。把預(yù)先鐓粗好的毛坯放入凹模型腔內(nèi), 擠 壓時(shí), 在凸模的壓力作用下, 毛坯在組合式凹模內(nèi)正擠圖 5 正擠壓模裝配圖TECHNOLO GY40H o t W o rk in g Tech n o logy2004 N o. 12(2) 凸模為了防止損傷零件表面, 對(duì)凸模進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化, 增加了凸模上零件閉合處的圓角。由于壓力 較小, 凸模用凸模套直接固定在上模板上, 它們之間過(guò)盈配合, 凸模套同時(shí)起固定和定位作用。凸模材料選用9C rV (58 62 H R C )。 其結(jié)構(gòu)如圖 1

14、2 所示。邊槽尺寸按精鍛模來(lái)設(shè)計(jì), 根據(jù)零件的外形尺寸, 毛邊槽的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖 8。 零 件 的 分 模 面 取 在 豎 爪 的 根部斜面處, 這樣有利于金屬的向外流動(dòng)。(1) 凸模凸模型腔完圖 8 毛邊槽結(jié)構(gòu)和尺寸全按照零件尺寸來(lái)設(shè)計(jì), 其結(jié)構(gòu)如圖 9 所示。型腔最大尺寸為 <90. 6±0. 3 mm , 毛邊橋部寬 6 mm , 高 2 mm 。 采用電火花加工。4結(jié)論熱鍛正擠壓成形+ 冷精整, 其特點(diǎn)是: ( 1) 正擠壓圖 9 精整凸模三維造型圖 10 精整凹模三維造型(2) 凹模凹模型腔也是按零件尺寸來(lái)設(shè)計(jì), 其結(jié)構(gòu)如圖 10 所示。周邊也要有寬 6 mm 高 2

15、 mm 的毛邊 橋。中間要有 <22 mm 的頂出孔。凹模外形尺寸與擠壓 模相同。 也是采用電火花加工。3. 3 切邊模設(shè)計(jì)精整模采用了開(kāi)式模鍛, 制件的周?chē)加酗w邊, 精 鍛后, 應(yīng)進(jìn)行切邊處理, 所以要另外設(shè)計(jì)一套切邊模。 切邊模一般由切邊凹模、凸模、模座、卸毛邊裝置等零 件組成, 主要零件為凹模和凸模。切邊時(shí)鍛件放在凹模 孔上, 在凸模的推壓下, 鍛件的毛邊被凹模刃口剪切與鍛件分離。(1) 凹模 采用有臺(tái)階的直刃口凹模, 臺(tái)階是方便 鍛件放置。由于飛邊主要被凹模切除, 所以為保證鍛件 精度, 切邊凹模刃口的精度要求比較高, 選用 IT 7 級(jí)公 差。 為了提高凹模的壽命, 使凹模耐

16、磨, 除采用硬度高 的材料外, 凹?？椎墓钗恢脼樨?fù)偏差。凹模材料選用 C r12M oV (58 62 H R C )。 其結(jié)構(gòu)如圖 11 所示。溫度選擇在 900, 此溫度下材料的塑性已經(jīng)很好而且內(nèi)部組織改變小, 變形抗力也較小, 不再需要退火和 磷化皂化等工序; ( 2) 采用的是正擠壓成形, 擠壓壓力小, 避免了爪極在成形過(guò)程中易出現(xiàn)充填不滿和毛刺等缺陷; ( 3) 爪部成形由整體式凹模型腔來(lái)完成, 不易 出現(xiàn)毛刺。參考文獻(xiàn):1王全聰, 陳慧琴, 郭會(huì)光, 等. 爪極鍛件鐓擠2壓彎精鍛工藝的實(shí)驗(yàn)研究J . 熱加工工藝, 2000, ( 2) : 26227.張猛, 崔肖霞, 胡亞民,

17、等. 國(guó)內(nèi)外交流發(fā)電機(jī)磁極生產(chǎn)工藝 J . 鍛 壓機(jī)械, 2002, ( 3) : 122.張猛, 黃進(jìn)富. 汽車(chē)用交流發(fā)電機(jī)磁極的凈形加工新工藝 J . 鍛壓 技術(shù), 2003, ( 1) : 628.234洪深澤. 擠壓工藝及模具設(shè)計(jì) M .1942216.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1996.夏巨諶. 精密塑性成形工藝M . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999. 56284.吳詩(shī)淳. 冷溫?cái)D壓技術(shù)M . 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1995. 25294.56(上接第 37 頁(yè)) 界脆化時(shí)間, 當(dāng)保溫時(shí)間低于臨界脆化時(shí)間時(shí), 帶材脆化度隨時(shí)間逐漸上升。保溫時(shí)間達(dá)到臨 界脆化時(shí)間時(shí), 帶材脆化度趨于穩(wěn)定。(4) 最佳緩解內(nèi)應(yīng)力退火處理工藝是: 退火溫度為200, 保溫時(shí)間小于 2 h; 對(duì)于制備非晶粉體, 其最佳 退火工藝是: 退火溫度為 250和保溫時(shí)間 1 h; 然后 是退火溫度為 300和保溫時(shí)間 1 h。2沈桂娣, 李建平, 周傳偉, 等. 鐵基非晶軟磁合金及其晶化J . 南京理工大學(xué)學(xué)報(bào), 1998, 22 ( 6) : 5442547.劉怡,