爪极锻件镦挤-压弯精锻工艺的试验研究

作者：信息来源:模具 2008-6-16

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摘要：讨论分析了汽车电机爪极锻件的生产工艺方案，介绍了其镦挤-压弯工艺和模具设计要点、试验研究工作并锻成了典型制件。精锻中图分类号：TG156。因目前该类制件国内外市场前景看好，故如何采用高效、节能的方法(尤其是在通用锻压机器上)锻制优质的爪极锻件，便成为生...

　摘　要：　讨论分析了汽车电机爪极锻件的生产工艺方案，介绍了其镦挤-压弯工艺和模具设计要点、试验研究工作并锻成了典型制件。
　　关键词：　爪极；镦挤-压弯；精锻
　　中图分类号：TG156.92　　文献标识码：A　　　文章编号：1001-3814(2000) 02-0026-02

Experimental Research on the Upsetting-bending Precision Forging Process of the Claw Forging

WANG Quan-cong　CHEN Hui-qin　GUO Hui-guang
（Department of Mech.Eng.,Taiyuan Heavy Machinery Institute）
LU Lan- jian
（Sh anxi Second Forging Press Factory）

　　Abstract：　The manufacturing method of the claw forging fo r automobile generator was analysed,and the upsetting-bending process and the key points of the die design of the claw forging were introduced.Typical parts were successfully forged.
　　Key words：　 claw forging; upsetting-bending; precision forging

1　概述

　　爪极汽车电机上的构件，其品种繁多，形状复杂，尺寸精度和内在质量要求比较高，生产制造难度很大。因目前该类制件内外市场前景看好，故如何采用高效、节能的方法(尤其是在通用锻压机器上)锻制优质的爪极锻件，便成为生产中亟待解决的问题。
　　爪极类锻件的成形方法很多，各种方案的技术思路、生产特点和应用条件各不相同。在分析研究了相关技术的基础上结合具体条件，试验研究并锻成了典型制件。研制实物模型的成形规律与工艺技术可供现场生产应用考。
　　图1所示为一爪极制件。在较薄的平盘上，均布着六只竖爪，形状比较复杂。除平盘上下面需机加工外，其余部分均为黑皮，因而锻造难度很大。

图1　爪极零件图

2　爪极制造方案的讨论

　　目前，爪极的制造方案较多，但各有利弊。生产中究竟选用哪种方案要按零件技术要求结合生产条件而定。当然，无论选用那种方法都要满足优质、高效与节约、经济的原则。下面仅对几种主要方案进行简单的分析讨论：
　　(1)精密铸造　精铸方法的优点是便于做出复杂的形状尺寸，但是制件的冲击韧度和抗弯强度较差，内部铸态缺陷多，使用寿命和安全可靠性不如锻件。
　　(2)板料冲压　采用厚钢板冲裁-弯曲工序制造爪极，快捷、简单，但工艺废料多，材料利用率很低，难以满足经济、节约的生产要求。应用受到一定的限制。
　　(3)有毛边模锻　该方法是在锻锤或压力机上用开式模锻方法锻压成形，再经切边、清理而成。优点是成形方便且制件组织性能得到了显著的改善。缺点是模锻、切边、精整工序多，工时、材料和模具的消耗很大。
　　(4)挤压成形　该方法包括热挤或温挤、冷挤等成形方法。由于挤压时金属强烈流动，变形充分，组织性能良好。但是挤压变形力大，需要大吨位设备，而且模具要求高，消耗量大，应用也受到限制。
　　(5)铸坯模锻　它是先以铸造方法制坯，然后将铸坯再继续模锻成形。由于铸锻联合，取补短，不仅能方便地制出复杂的零件，而且组织性能有较大的改善。在技术上经济上都比较合适，是制造该类锻件较为理想的成形方案。试验研究指出：重熔后的金属，铸成毛坯后，经过一定的锻压变形(例如，锻造比达到1.3～1.7后)^［1］，则制件的组织性能可满足一般锻件的使用要求。而且成形方便，材料利用率较高，是一种颇有前途的工艺技术。通过理论研究，工程设计和效益分析，认为项技术有待推广应用。
　　(6)镦挤—压弯闭式模锻　在只有普通锻压设备的情况下，比如只有锻锤或摩擦压力机，可以采用镦挤、弯曲连续变形，无飞边模锻法锻制爪极，试验已获成功。主要工序为：首先用圆料镦挤制出齿形毛坯，而后用压弯方法，使齿爪弯曲，同时镦挤成形至要求的尺寸。该方法锻出的锻件质量好，材料利用率高，勿需特殊锻压设备即可使爪极精锻成形，是当前实用性良好的方案，现已完成多种产品的设计计算，并锻成了典型制件。图2所示为试锻成功的锻件产品及其制坯形状。

图2　爪极锻件及毛坯图

3　镦挤-压弯工艺和模具设计的要点

　　在普通锻压设备上实施镦挤-压弯方案，其工艺计算和模具设计应该注意如下几点：
　　(1)下料要准确，和普通闭式模锻一样，下料重量要考虑火次烧损量。否则，假如料多，将有富余金属流入模具间隙，造成卡死锻模现象；如果料少，则会发生充不满的缺陷。
　　(2)原材料形状尺寸要恰当，以保证材料分配合理，流动成形方便。实践证明，原材料的高径比对制坯有一定的影响，而坯料形状尺寸对锻件成形及尺寸有重要的影响。试验可知，制坯形状尺寸应与计算毛坯相适应，保证终锻后，一方面齿尖、齿廓正确、清晰，另一方面又要保证齿部弯曲成形时，齿根外缘和齿尖齿廓处，金属移动量合适，流动顺畅、方便，准确充填模膛，锻件上既无“缺肉”现象，又不产生“飞刺”缺陷，符合质量要求。
　　(3)要设计必要的“减压孔”、“分流台”，以减少金属的塑流阻力，保证顺利充满型腔，延长模具使用寿命。
　　(4)正确计算模腔工作部分的受力、变形状况，合理地确定模具尺寸。用有限元数值模拟计算^［2］，可求得金属塑性流动矢量、应变场、温度场，以及模具的应力场、温度场等，通过对若干场量信息和过程信息的分析，优化工艺过程，合理地拟定模具的选材、加工、冷却、润滑、使用维护的原则，缩短设计周期，预测制件质量和模具的工作寿命。
　　图3所示为镦挤制坯模工作部分的示意图；图4所示为压弯成形模具工作部分的示意图。

图3　镦挤制坯模示意图

图4　精锻成形模示意图

4　结束语

　　应用多工序组合方法制订工艺，依据金属塑性流动规律设计模具，在确保锻件成形精度和内在质量的前提下探索复杂锻件的高效、优质、节能的塑性成形技术，对提高当前生产的技术经济水平具有重要意义。

基金项目：太原市科技经费资助(982100-36)
作者简介：王全聪(1949-)，男，山西祁县，高工
王全聪（太原重型机械学院机械工程系，山西太原 030024）
陈慧琴（太原重型机械学院机械工程系，山西太原 030024）
郭会光（太原重型机械学院机械工程系，山西太原 030024）
吕兰建（山西第二锻压机床厂，山西祁县 030900）