汽车电机爪极热锻正挤压工艺及模具设计

1、汽车电机爪极热锻正挤压工艺及模具设计周滨, 辛选荣, 刘汀(河南科技大学, 河南 洛阳 471003)摘 要: 在分析爪极分流式反挤压工艺的基础上, 针对爪极零件特点, 制定出爪极热挤压精密成形新工艺: 热锻正挤压成形+ 冷精整, 并进行了相关模具设计。关键词: 爪极; 净形锻造; 热挤压; 模具设计中图分类号: T G376. 2文献标识码: A文章编号: 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的轴向流动, 分流式反挤压因此得名3 。该工艺的显著缺点是: (

4、 1) 对设备的要求较高, 从 经济性上看不太好; ( 2) 锻造温度太高, 对磁极不利, 而 且反挤压成形压力太大, 爪部充填比较困难且易出现 毛刺。为此, 本文开发出爪极热锻正挤净形加工新工艺(如图 3 所示) , 其工艺路线是: 制坯加热镦粗预成 形正挤压成形酸洗冷锻精整冷切边磨毛刺机加工中心孔。爪极是汽车交流发电机的重要零件, 有较高的内在质量要求和严格的尺寸限制, 形状十分复杂, 在较薄的平盘上均布着六只竖爪, 竖爪都有较高的截面尺寸要 求, 并且竖爪的内表面是带锥度的圆弧面, 成形相当困 难。由于该类制件国内外市场前景看好, 各生产厂家纷纷开发出各种生产工艺。目前爪极成形工艺有:

5、板料冲 压、模锻、冷挤压、温挤压、温冷锻联合、镦挤2压弯闭式 模锻以及分流式反挤压等1, 2 。其中以分流式反挤压工 艺优势最为明显, 本文在分析该工艺的基础上, 提出了 一种热锻正挤压成形新工艺, 并进行了模具设计。1工艺方案图 1 为汽车发电机爪极零件图 3 热挤压冷精整工艺22. 1工艺参数计算挤压件参数的计算图的三维造型。 爪极分流式反挤压工艺路线是: 制坯加热镦 粗 分 流 反 挤 压 成 形 热 切 边冲孔料箱内堆冷 ( 锻件余热退火软化) 磷化皂化处理冷锻 精整。 其分流式反挤压成形工艺 如图 2 所示。锻造时, 压力机滑块4因是热挤压件, 材料的线膨胀系数取 1. 2%计算热挤

6、压件各有关尺寸,绘制热挤压件图如图4 所示。挤 压 件 体 积 V 挤1爪极的三维造型3= 86 991. 37 mm 。挤压件与凸模的 接触面积即毛坯与凹带动冲头下行冲头进入凹模形成磁极型腔。 随着冲头的继续下行, 冲头开始挤压坯件, 在挤压的过程中金属 产生径向流动, 并且被凹模内的 6 个凸台劈为 6 份, 继 而受阻于凹模内壁, 由径向转变为冲头运动方向相反图 4 热挤压件图模的真实接触面积在与挤压力相垂直平面上的投影面积 A 0 = 5 003. 1 mm 2。收稿日期: 2004208209作者简介: 周滨 ( 19802) , 男, 河南洛阳人, 硕士研究生。图 2 分流式反挤压

7、成形工艺工艺技术热加工工艺 2004 年第 12 期39六个竖爪端部面积之和 A 1 = 102. 06 mm 2。断面收缩率 A = (A 0 - A 1 ) A 0 ×100% = 97. 9% 。 挤压比 G = A 0 A 1 = 49。挤压件质量 M 挤 = V 挤 x = 0. 687 k g ( 其中 为电 磁纯铁的密度)。2. 2毛坯的规格计算压成形。挤压完成后, 压力机上的顶料装置通过顶杆推动顶出器向上运动, 将挤压件顶出。( 1) 凸模由于爪极形状特殊, 凸模采用异形凸 模, 其结构如图 6 所示, 用线切割法加工而成。 固定方式采用 与 凸 模 套 过 盈 配

8、合, 过 盈 量 为0. 1 mm 。凸 模 各 部 分 尺 寸: 凸 模 直 径 按 挤 压 凹 模 型 腔 进 行 设 计,2% 5材料加热时有烧损, 取烧损率为 1.压件所需毛坯的质量为:M 毛 = M 挤 × (1+ 1. 2% ) = 0. 695 k g, 所以挤则毛坯的体积 V 毛 = M 毛 = 88005 mm 3考虑到凹模的特殊形状与尺寸, 选圆棒料毛坯直 径为 55 mm , 则毛坯的长度 L = 4V 毛 d 0 2 = 37 mm 。2. 3挤压力的计算 4 图 6 凸模的三维造型它们之间的配合关系为基轴制间隙配合 H 8h 7。 凸模高度按挤压工作行程和模

9、具闭合高度来设计。( 2) 凹模凹模为内部有六个竖爪的整体型腔凹 模, 其三维造型如图 7 示,采用电火花加工。 凹模型腔尺寸按挤压件进行设计, 型腔直径为91. 6 mm ; 型腔高 度 = 预 锻 毛 坯 直 径 + ( 5 10 ) mm , 预 锻 毛 坯 直 径 为 17 mm , 故取其高为 25 mm ;凹模高度为 70 mm 。在设 图 7 正挤压凹模的三维造型计凹模型腔时, 在 6 个竖爪的端面上分别开出一个 <3(2uL R )F = A t b ln (A t A m ) e式中: A t 为挤压筒内腔横截面积 ( 5 003. 1 mm 2 ) ;b 为挤压温度下

10、电磁纯铁的抗拉强度 ( 1 100时 b =19 M P a, 900时 b = 35 M P a 6 ) ; A m 为金属挤出模口 的横截面积 ( 102. 06 mm 2 ) ; u 为金属与挤压筒的摩擦 系数, 取 0. 15; L 为毛坯的长度 ( 37 mm ) ; R 为挤压筒 内半径 (39. 9 mm )经计算, 若采用 1 100挤压, F = 2 634 kN , 挤压 力很小, 但对材料内部组织的改变非常大, 挤压后必须进行退火和磷化皂化处理, 并且挤压时易出现毛刺; 若采用 900挤压, F = 4 841 kN , 挤压力不算太大, 而电 磁纯铁在这一温度时塑性已经

11、很好, 且其内部组织改变也不大, 挤压后不用再进行退火和磷化皂化等一系 列复杂工序。 综合以上分析决定采用 900挤压。的小孔, 一是可以避免零件的爪部在挤压过程中mm充填不满, 二是挤压过程中脱落的氧化皮可以通过这几个小孔排出。因为零件所需挤压力较大, 而且是 900热挤压,模具工作时温度可达 500, 所以凹模材料选用强度 较高的W 6M o 5C r4V 2, 热处理硬度 60 64 H R C; 中预 应力圈在工作时温度也有 400左右, 可选用强度稍 低的 5C rM nM o , 热处理硬度 44 48 H R C; 外预应力 圈则要求不高, 选用 40C r 就可以了, 热处理硬

12、度 4246 H R C。内外圈的配合为过盈配合, 中预应力圈与凹模之 间过盈量取 1. 05 mm ; 外预应力圈与中预应力圈之间的过盈量取 0. 76 mm 。其压合方法采用常温压合, 配合 面要有一定斜度, 一般取 1°30, 再大则在使用过程中容易出现自动松脱现象。压合时, 各圈的压合顺序是自 外向内, 即先将中预应力圈压入外预应力圈, 再将内层凹模压入中预应力圈; 压出顺序则相反。 压合后, 由于凹模内腔直径有所减小, 因此, 应对凹模内腔再次研 磨, 以保证所要求的尺寸大小和精度。3. 2 精整模设计精整模的结构与挤压模的结构大部分相同, 不同 之处在模具的工作部分- 凸

13、模与凹模。 精整模上的飞3 模具设计3. 1挤压模设计本套模具采用模口导向的正挤压模, 该模具的总 装图见图 5。把预先镦粗好的毛坯放入凹模型腔内, 挤 压时, 在凸模的压力作用下, 毛坯在组合式凹模内正挤图 5 正挤压模装配图TECHNOLO GY40H o t W o rk in g Tech n o logy2004 N o. 12(2) 凸模为了防止损伤零件表面, 对凸模进行适当的简化, 增加了凸模上零件闭合处的圆角。由于压力 较小, 凸模用凸模套直接固定在上模板上, 它们之间过盈配合, 凸模套同时起固定和定位作用。凸模材料选用9C rV (58 62 H R C )。 其结构如图 1

14、2 所示。边槽尺寸按精锻模来设计, 根据零件的外形尺寸, 毛边槽的结构和尺寸如图 8。 零 件 的 分 模 面 取 在 竖 爪 的 根部斜面处, 这样有利于金属的向外流动。(1) 凸模凸模型腔完图 8 毛边槽结构和尺寸全按照零件尺寸来设计, 其结构如图 9 所示。型腔最大尺寸为 <90. 6±0. 3 mm , 毛边桥部宽 6 mm , 高 2 mm 。 采用电火花加工。4结论热锻正挤压成形+ 冷精整, 其特点是: ( 1) 正挤压图 9 精整凸模三维造型图 10 精整凹模三维造型(2) 凹模凹模型腔也是按零件尺寸来设计, 其结构如图 10 所示。周边也要有宽 6 mm 高 2

15、 mm 的毛边 桥。中间要有 <22 mm 的顶出孔。凹模外形尺寸与挤压 模相同。 也是采用电火花加工。3. 3 切边模设计精整模采用了开式模锻, 制件的周围都有飞边, 精 锻后, 应进行切边处理, 所以要另外设计一套切边模。 切边模一般由切边凹模、凸模、模座、卸毛边装置等零 件组成, 主要零件为凹模和凸模。切边时锻件放在凹模 孔上, 在凸模的推压下, 锻件的毛边被凹模刃口剪切与锻件分离。(1) 凹模 采用有台阶的直刃口凹模, 台阶是方便 锻件放置。由于飞边主要被凹模切除, 所以为保证锻件 精度, 切边凹模刃口的精度要求比较高, 选用 IT 7 级公 差。 为了提高凹模的寿命, 使凹模耐

16、磨, 除采用硬度高 的材料外, 凹模孔的公差位置为负偏差。凹模材料选用 C r12M oV (58 62 H R C )。 其结构如图 11 所示。温度选择在 900, 此温度下材料的塑性已经很好而且内部组织改变小, 变形抗力也较小, 不再需要退火和 磷化皂化等工序; ( 2) 采用的是正挤压成形, 挤压压力小, 避免了爪极在成形过程中易出现充填不满和毛刺等缺陷; ( 3) 爪部成形由整体式凹模型腔来完成, 不易 出现毛刺。参考文献:1王全聪, 陈慧琴, 郭会光, 等. 爪极锻件镦挤2压弯精锻工艺的实验研究J . 热加工工艺, 2000, ( 2) : 26227.张猛, 崔肖霞, 胡亚民,

17、等. 国内外交流发电机磁极生产工艺 J . 锻 压机械, 2002, ( 3) : 122.张猛, 黄进富. 汽车用交流发电机磁极的净形加工新工艺 J . 锻压 技术, 2003, ( 1) : 628.234洪深泽. 挤压工艺及模具设计 M .1942216.北京: 机械工业出版社, 1996.夏巨谌. 精密塑性成形工艺M . 北京: 机械工业出版社, 1999. 56284.吴诗淳. 冷温挤压技术M . 北京: 国防工业出版社, 1995. 25294.56(上接第 37 页) 界脆化时间, 当保温时间低于临界脆化时间时, 带材脆化度随时间逐渐上升。保温时间达到临 界脆化时间时, 带材脆化度趋于稳定。(4) 最佳缓解内应力退火处理工艺是: 退火温度为200, 保温时间小于 2 h; 对于制备非晶粉体, 其最佳 退火工艺是: 退火温度为 250和保温时间 1 h; 然后 是退火温度为 300和保温时间 1 h。2沈桂娣, 李建平, 周传伟, 等. 铁基非晶软磁合金及其晶化J . 南京理工大学学报, 1998, 22 ( 6) : 5442547.刘怡,