楊繼春 劉亮華

(平高集團(tuán)有限公司，河南 平頂山467001)

磁極是汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)上的重要元件，由于交流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)波形近似于正弦曲線(xiàn)，磁極的形狀和電磁性能直接影響交流電動(dòng)勢(shì)的波形，因此磁極做成六個(gè)尖齒狀，其形狀和尺寸如圖1所示。該零件形狀比較復(fù)雜，極尖部分只有5mm寬，高度28.8mm，比較細(xì)小，金屬塑性成形時(shí)型腔較難填充滿(mǎn)。

1.磁極的精密鍛造工藝

該零件早期采用鑄造工藝，生產(chǎn)出的磁極存在縮孔、疏松、偏析等缺陷，嚴(yán)重影響磁極的電磁性能，不能滿(mǎn)足其性能要求。根據(jù)零件形狀，采用塑性成形時(shí)材料由中間向四周流動(dòng)，最后填充六個(gè)極爪部位。傳統(tǒng)的磁極鍛造工藝為：下料→加熱→鐓粗→預(yù)鍛→終鍛→切邊→機(jī)加工，該工藝工序復(fù)雜，材料利用率低且預(yù)鍛型腔和終鍛型腔較難配合，在終鍛時(shí)容易出現(xiàn)折疊和型腔填充不滿(mǎn)。

改進(jìn)后的磁極精密鍛造工藝為：下料→加熱→墩粗→反擠壓成形→熱切邊→余溫正火→磷化皂化處理→冷精整。反擠壓成形時(shí)采用異形沖頭，如圖2（a）所示。塑性成形時(shí)，隨著沖頭的下壓材料被異形沖頭的六個(gè)凸臺(tái)分成六份，繼續(xù)下壓后材料受阻于凹模內(nèi)壁，轉(zhuǎn)而向與沖頭運(yùn)動(dòng)相反的方向流動(dòng)，填充六個(gè)極爪。由于下料體積尺寸的誤差、模具的加工精度、毛坯溫度和模具溫度的波動(dòng)等種種因素的影響，很難保證下料體積與模具型腔體積相同，因此在異形沖頭的六個(gè)凹形底部加設(shè)1mm深的溢流腔，可以抑制鍛造結(jié)束時(shí)變形抗力的無(wú)限增大，提高了模具壽命。利用鍛后余熱進(jìn)行等溫正火，可省去一次退火加熱，降低了能耗和生產(chǎn)成本。

2.磁極精密鍛造的數(shù)值模擬

本文采用DEFORM-3D軟件，對(duì)磁極的精密成形過(guò)程進(jìn)行模擬。根據(jù)零件的對(duì)稱(chēng)性，取毛坯的1/12做模擬計(jì)算，磁極材料為15鋼，鍛造溫度為1100℃，模具與坯料的摩擦系數(shù)設(shè)為0.3。磁極的變形過(guò)程如圖3所示，坯料鐓粗后，被異形沖頭的六個(gè)凸臺(tái)分成六分，沖頭繼續(xù)下壓，材料受阻于凹模內(nèi)壁向上流動(dòng)填充磁極的極爪部位，由于異形沖頭凹腔底部設(shè)有1mm深的溢流腔，因此極爪尖部不夠平整，在冷精整后可達(dá)到要求。由圖4和圖5可知終鍛時(shí)應(yīng)變和應(yīng)力的最大值分別分布在磁極的極爪的側(cè)面和頂部，這說(shuō)明磁極在成形時(shí)六個(gè)極爪部分極難填充，在加工模具時(shí)，要提高模具型腔精度，利于極爪部分的填充。

圖1 磁極零件圖

圖2 沖頭（a）和凹模（b）

圖3 磁極的變形過(guò)程

圖4 終鍛時(shí)的應(yīng)變分布

圖5 終鍛時(shí)的應(yīng)力分布

圖6 終鍛時(shí)的速度流線(xiàn)分布

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)DEFORM-3D軟件對(duì)磁極精密鍛造成形過(guò)程的模擬，得到了材料的填充規(guī)律、應(yīng)力和應(yīng)變的分布狀態(tài)，成形后極爪填充飽滿(mǎn)，無(wú)折疊等缺陷。采用精密鍛造技術(shù)及能提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能提高材料利用率，縮短成品周期，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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