馮飛

摘要：以一種更具效率的方式加工聯(lián)軸器，本文所提及的聯(lián)軸器是一種應(yīng)用很普遍的梅花聯(lián)軸器，也叫爪式聯(lián)軸器，其外形結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其端面上有四個(gè)凸臺(tái)。本文制定了梅花聯(lián)軸器的鍛造成形的工藝方案，并采用剛塑性有限元法對(duì)其成形過(guò)程進(jìn)行模擬，同時(shí)在此基礎(chǔ)上對(duì)工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，以期許一種高效、節(jié)約的毛坯形式能替代傳統(tǒng)毛坯結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：梅花聯(lián)軸器；有限元模擬；溫鍛成形

梅花聯(lián)軸器是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)中最常用的連接部件HYPERLINK"http：//www.so.com/s？q=%E9%83%A8%E4%BB%B6&ie=utf8&src=internal_wenda_recommend_textn"＼t"_blank"，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需潤(rùn)滑、方便維修、便于檢查、免維護(hù)，可連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行，工作穩(wěn)定可靠，具有良好的減振、緩沖作用，并且具有較大的軸向、徑向和角向補(bǔ)償能力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適用于中高速場(chǎng)合。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接，廣泛應(yīng)用于數(shù)控車床、加工中心、雕刻機(jī)、數(shù)控銑床、冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、石油機(jī)械、化工機(jī)械、起重機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、水泵、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等領(lǐng)域，有著非常廣闊的市場(chǎng)空間。聯(lián)軸器由兩個(gè)金屬爪盤和一個(gè)彈性體組成，兩個(gè)金屬爪盤分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接，聯(lián)軸器中間靠彈性體連接。

1 工藝方案制定

梅花聯(lián)軸器的傳統(tǒng)加工工藝是經(jīng)過(guò)車削、銑削和拉削等機(jī)加工方法之后再經(jīng)過(guò)整體熱處理而成，這種加工工藝存在著很大的材料損耗而且加工周期比較長(zhǎng)，因此只適合小批量生產(chǎn)。目前市場(chǎng)上還有一種聯(lián)軸器的加工工藝是鑄造而成，雖然這種加工方法能夠適應(yīng)大批量生產(chǎn)，并且能夠節(jié)省加工時(shí)的材料損耗，所以鑄件聯(lián)軸器在產(chǎn)品價(jià)格上會(huì)比機(jī)加工的聯(lián)軸器少很多，但是鑄鐵件也有其缺點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速比較高的場(chǎng)合或者載荷比較高的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)生打爪（齒爪脫落）現(xiàn)象，因此在一些要求比較高的重要場(chǎng)合最好還是不要使用鑄件，而鍛造則是既保留了鋼件的強(qiáng)度與韌性也降低了機(jī)加工的加工余量。金屬材料經(jīng)過(guò)鍛造加工后能改善其組織結(jié)構(gòu)HYPERLINK"https：//baike.so.com/doc/429635454984.html"＼t"_blank"和力學(xué)性能。經(jīng)過(guò)鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來(lái)的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使金屬材料中原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實(shí)和焊合，使其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。此外鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可保證零件具有良好的力學(xué)性能與較長(zhǎng)的使用壽命，這都是鑄件所無(wú)法比擬的。

由于聯(lián)軸器的齒爪部分是由鍛造直接成形，并且齒爪部分與聯(lián)軸器柄部也幾乎不再進(jìn)行機(jī)加工，所以對(duì)齒爪部分與柄部的同軸度要求比較高，因此采取溫鍛方案。為了避免工件由棒料直接反擠到尺寸產(chǎn)生折疊等缺陷，因此采取兩道工序，棒料經(jīng)鐓粗后反擠成形，所以聯(lián)軸器的工藝路線是：下料、拋丸、涂層、加熱、鐓粗、反擠、取長(zhǎng)。

由于設(shè)備由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩或者是高速以及過(guò)載荷的情況下產(chǎn)生齒爪崩斷飛出現(xiàn)象，這種狀況會(huì)嚴(yán)重威脅設(shè)備以及操作者的人生安全，所以對(duì)從動(dòng)聯(lián)軸器的形狀進(jìn)行調(diào)整，如下圖所示，即使聯(lián)軸器的齒爪被崩斷了也只是包裹在從動(dòng)聯(lián)軸器里不會(huì)飛出來(lái)，從而達(dá)到保護(hù)的目的。其工藝路線與上述聯(lián)軸器的工藝路線相同。

2 有限元模擬分析

該工件的關(guān)鍵工序是端面上的四個(gè)凸臺(tái)需要同時(shí)成形。棒料經(jīng)鐓粗成形，為反擠這一關(guān)鍵工序提供鍛前坯料，為了深入了解反擠工序變形過(guò)程中反擠沖頭受力情況、金屬流動(dòng)方向及反擠過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)缺陷等問(wèn)題，采用有限元分析軟件Deform3D將該變形的過(guò)程參數(shù)化模擬，選取近似材質(zhì)ANSI1055，塑性體工件坯料溫度設(shè)置700℃，環(huán)境溫度700℃，工件的成形過(guò)程中忽略溫升效應(yīng)，將模具定義為剛性，坯料與模具的接觸摩擦因子為0.25，設(shè)置主模具的形成為11mm，并將原始工件分割為5000個(gè)四面體有限單元進(jìn)行分析。

由下圖所示，沖頭在接觸工件開始擠壓時(shí)受力最大，達(dá)到2500kN并趨于穩(wěn)定至終了位置，除去四個(gè)凸臺(tái)的端面截面積為4316.249 mm2，單位面積受力約580N/mm2。由于關(guān)鍵工序中，凸臺(tái)經(jīng)過(guò)反擠向上流動(dòng)時(shí)由于金屬流動(dòng)所產(chǎn)生的表面缺陷比較嚴(yán)重，因此調(diào)整模具結(jié)構(gòu)，當(dāng)壓力設(shè)備開始擠壓時(shí)，四個(gè)凸臺(tái)經(jīng)過(guò)正擠壓向下流動(dòng)，由于該結(jié)構(gòu)需要將聯(lián)軸器的柄部包裹在沖頭中，這就導(dǎo)致沖頭的壁厚比較薄，所以沖頭材料選用65Nb，沖頭調(diào)質(zhì)硬度5860HRC，該材質(zhì)與高速鋼的淬火組織中的化學(xué)成分相同，但其不含有大量的未溶碳化物，所以韌性及疲勞強(qiáng)度都比高速鋼高，并且該材料的回火溫度在520℃以上，回火溫度高，具有一定的紅硬性，適合該產(chǎn)品沖頭壁薄易溫升的特性。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)有限元分析結(jié)果，在確定過(guò)程中各處飽滿以及沒(méi)有折疊等缺陷產(chǎn)生的情況下，調(diào)整設(shè)備行程控制凸臺(tái)的高度。針對(duì)退料力過(guò)大導(dǎo)致退料器斷裂現(xiàn)象，將退料器由正常的細(xì)長(zhǎng)圓桿調(diào)整為與凸臺(tái)形狀相仿的仿行退料器，大大的提高了退料器的強(qiáng)度，產(chǎn)品端面相對(duì)比較平整。通過(guò)實(shí)際試制，達(dá)到預(yù)期效果，能夠滿足批量生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1][JP2]吳詩(shī).冷溫?cái)D壓技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.[JP]