文／趙士杰，王榮勝·安徽昊方機(jī)電股份有限公司

皮帶輪是汽車離合器常用的一種結(jié)構(gòu)形式，該產(chǎn)品外側(cè)帶有V 形凹槽，因此造成模鍛成形工序后切削加工余量大的問題。鑒于此筆者在熱模鍛成形沖孔后，增加了一道精密整形工序。本文中設(shè)計(jì)了浮動(dòng)對分凹模分體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)該零件的精整，數(shù)值模擬分析表明整形工序可以有效提高形狀精度，工藝方案合理可行，可以進(jìn)一步提高材料的利用率，對此類零件的精密成形具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

汽車空調(diào)離合器是汽車空調(diào)的傳動(dòng)部件，離合器皮帶輪是一種具有良好導(dǎo)磁性能的零件，其加工制造方法有熱鍛造法、旋壓成形和沖壓成形等，其中熱鍛成形是主要制造方法。圖1 為一種機(jī)加工后的皮帶輪零件圖，其幾何特點(diǎn)是雙環(huán)形盤結(jié)構(gòu)，且在外側(cè)有凹形面。目前的產(chǎn)品制造工藝流程是：下料→感應(yīng)加熱→熱鍛→數(shù)控車鉆。由于外側(cè)要加工V 形皮帶輪槽的凹面，只有通過精車方法完成。該道工序存在加工余量大，材料利用率低等問題，同時(shí)在切削過程中易割斷材料的纖維流線，降低零件的疲勞強(qiáng)度，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。為此在熱鍛加工中增設(shè)一道整形工序，在模鍛成形后進(jìn)行精整，使外側(cè)的凹面尺寸和形狀接近皮帶輪的外形尺寸，以減少加工余量，改善產(chǎn)品質(zhì)量。

精整工藝分析

空調(diào)離合器皮帶輪在經(jīng)過熱模鍛成形后，其外形尺寸和形狀如圖2 所示。外側(cè)形狀基本呈圓柱形(脫模角度1.5°)，與圖1 所示產(chǎn)品的外側(cè)形狀存在較大差別，為此需要增設(shè)一道整形工序。整形后的零件外形尺寸已經(jīng)接近產(chǎn)品的外形尺寸(圖3)和幾何形狀特征。下面就整形工藝的金屬流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬分析，了解工件成形規(guī)律，為整形模具的設(shè)計(jì)提供理論支持。

數(shù)值模擬分析與模具設(shè)計(jì)

模擬分析

凸模采用整體結(jié)構(gòu)，凹模采用垂直可分式模具結(jié)構(gòu)。在整形完成后，凹模能雙向?qū)Ψ植痖_，以便于工件的抓取。圖4 為工件整形初始狀態(tài)下的有限元分析模型。

本文采用有限元分析軟件來模擬皮帶輪閉塞熱整形過程，分析工件的成形效果和流動(dòng)規(guī)律，為模具設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。模擬參數(shù)擬設(shè)定：凸模運(yùn)行速度50mm/s，材料選用10#碳鋼，工件熱鍛溫度1000℃。

模擬分析結(jié)果表明，在成形過程中的等效應(yīng)變變化較小，工件最大等效應(yīng)力為84.9MPa。應(yīng)力應(yīng)變分布見圖5，應(yīng)力變化較大的區(qū)間集中在工件的上、下兩端，可以說明3 點(diǎn)：⑴由于金屬流動(dòng)量較小，對中間部分的金屬影響有限；⑵利用上端和底槽的金屬有利于補(bǔ)償皮帶輪外側(cè)的環(huán)形凸臺(tái)；⑶該工藝方案可行，且易于實(shí)現(xiàn)精整。根據(jù)分析數(shù)據(jù)結(jié)果，凸模的成形載荷分別是12kN[圖6(a)]，凹模橫向合模載荷是565kN[圖6(b)]。

模具設(shè)計(jì)

整形模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是凹模采用分體結(jié)構(gòu)。在整形時(shí)，工件被放入模具型腔內(nèi)；在上模板下行運(yùn)動(dòng)時(shí)，先通過彈簧預(yù)壓凹模底座，使分體凹模在滑塊導(dǎo)向作用下能完成閉合；在凸模繼續(xù)下行時(shí)，對零件進(jìn)行成形，至下死點(diǎn)時(shí)完成零件的整形；待凸?；爻虝r(shí)，通過拉桿帶動(dòng)浮動(dòng)凹模上行并在彈簧的作用下分離，便于取出工件和完成皮帶輪的整形精鍛工序。精整模具局部示意圖如圖7 所示。

結(jié)束語

通過工藝分析與數(shù)值模擬結(jié)果，充分說明整形可以有效解決零件外形凹面的問題，不僅能使工件的形狀接近產(chǎn)品的外形尺寸，而且為減少加工余量，為節(jié)約加工時(shí)間提供了有效方法。并根據(jù)整形原理要求設(shè)計(jì)了相應(yīng)的整形模具。實(shí)踐證明該方法可行有效，顯著減少了后道車加工時(shí)間，節(jié)約了材料，提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本，實(shí)現(xiàn)了綠色精密制造。