文/吳搏，桂安朋，馬臣，王東亞·中國(guó)第一汽車股份有限公司鍛造公司

本文闡述了一種解決熱鐓機(jī)扁薄類鍛件頂出變形的方法，開(kāi)發(fā)了一種輔助脫模機(jī)構(gòu)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，解決了薄輻板沖孔件頂出變形的問(wèn)題，保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、無(wú)故障生產(chǎn)。

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，輕量化細(xì)化到汽車的各個(gè)部件。隨著國(guó)外變速箱輻板沖孔齒輪的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)開(kāi)始普及。輻板沖孔產(chǎn)品的特點(diǎn)是：輻板薄、外徑大、需要沖孔。輻板厚度一般為6 ～8mm，而產(chǎn)品外徑在125mm 左右。使用快速鐓鍛機(jī)(熱鐓機(jī))生產(chǎn)齒輪效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。該設(shè)備通常使用的模具在鍛件脫模時(shí)只有中間一個(gè)頂芯頂出，由于脫模力、力矩大、輻板薄導(dǎo)致鍛件在脫模時(shí)發(fā)生頂出變形，在鍛件出現(xiàn)嚴(yán)重變形時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致夾持外圓傳遞至下一道工序時(shí)定位不準(zhǔn)(自動(dòng)夾鉗是夾持鍛件的外圓)，撞壞沖孔模具，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)。某變速箱齒輪鍛造工步圖如圖1 所示。

為了保證產(chǎn)品尺寸符合用戶的要求，只能將輻板加厚設(shè)計(jì)(圖2)，然后增加粗車工序消除鍛件因頂出變形產(chǎn)生的尺寸偏差，但是沖孔后法蘭直徑變大，需要補(bǔ)償設(shè)計(jì)凹模環(huán)直徑。不僅影響產(chǎn)品的一致性，使生產(chǎn)效率、生產(chǎn)周期變長(zhǎng)，同時(shí)增加了制造成本。

扁薄類齒坯輔助脫模機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)

頂出變形的原因分析

為解決該輻板沖孔齒坯在鍛造中出現(xiàn)的變形問(wèn)題(圖3)，需要分析引起變形的原因(圖4)，這樣才能準(zhǔn)確的解決問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析研究，引起鍛件在鍛造過(guò)程中變形，是由于其在頂出時(shí)，法蘭跟凹模環(huán)的脫模力大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的輻板太薄(6 ～7mm)強(qiáng)度低，中間頂芯頂出時(shí)，法蘭在模具中承受的力矩產(chǎn)生的應(yīng)力大于輻板強(qiáng)度，引起鍛件頂出變形。我們針對(duì)成形工藝做了多次調(diào)整，效果都非常不明顯。因此我們得出結(jié)論，從頂出方式入手解決頂出變形的問(wèn)題會(huì)十分有效，進(jìn)而設(shè)計(jì)一套滿足生產(chǎn)輔助脫模的模具結(jié)構(gòu)非常必要。

常規(guī)模具結(jié)構(gòu)的分析

常規(guī)設(shè)計(jì)采用圖5 的模具結(jié)構(gòu)，在鍛造完成后，頂芯將鍛件頂出時(shí)鍛件中心受力，外部法蘭跟模具存在脫模力，此時(shí)形成一個(gè)類似杠桿的原理，但受鍛件圖紙要求輻板厚度有限，內(nèi)外力矩導(dǎo)致輻板發(fā)生扭曲變形，熱鐓機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重變形后由于傳遞不準(zhǔn)確導(dǎo)致設(shè)備報(bào)故障，四工位沖孔模具撞壞。不僅產(chǎn)品質(zhì)量合格率低，設(shè)備的停工臺(tái)時(shí)會(huì)增加，人工勞動(dòng)強(qiáng)度會(huì)加大，模具消耗也是很大的損失。

扁薄類齒坯輔助脫模機(jī)構(gòu)

根據(jù)鍛件發(fā)生頂出變形的原因分析以及對(duì)現(xiàn)有模具結(jié)構(gòu)的剖析，解決鍛件頂出變形的切入點(diǎn)就在于如何降低頂出時(shí)力矩大的問(wèn)題。在鍛件的法蘭面上增加一定的頂出力，這樣力矩將大大降低，從而減小頂出過(guò)程中的杠桿力矩，進(jìn)而防止了鍛件頂出變形的發(fā)生。

圖6 是我們開(kāi)發(fā)的扁薄類齒坯鍛件的輔助脫模機(jī)構(gòu)。原理說(shuō)明：凹模環(huán)、凹模鑲塊、頂出環(huán)構(gòu)成鍛件的凹模型腔，頂芯是鍛件的主要頂出件，頂出力從中間傳過(guò)來(lái)。件1、件2、件3 構(gòu)成輔助頂出機(jī)構(gòu)(件1-頂出環(huán)，件2-傳動(dòng)桿，件3-彈簧)，輔助脫模力由預(yù)緊彈簧提供。凹模分塊可以使凹模鑲塊套重復(fù)使用，降低模具加工成本。在靠近鍛件的外緣處增加輔助頂出機(jī)構(gòu)，無(wú)鍛件坯料時(shí)頂出環(huán)通過(guò)預(yù)緊彈簧頂出6 ～10mm。當(dāng)有鍛件坯料成形時(shí)，鍛件坯料會(huì)將此6 ～10mm 的量頂回到成形位置。成形完成，沖頭側(cè)的模具回程。此刻中間頂芯還沒(méi)起頂出作用，在彈簧的作用下，頂出環(huán)會(huì)給鍛件外緣一個(gè)向外頂出的力，用于減小側(cè)壁摩擦力及粘模力，這樣中間頂芯頂出時(shí)，鍛件頂出受到的力矩就會(huì)變小，鍛件在薄輻板處不會(huì)發(fā)生變形，從而使鍛件尺寸滿足要求。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析鍛件發(fā)生頂出變形的原因以及剖析現(xiàn)有模具結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出扁薄類齒坯輔助脫模機(jī)構(gòu)，通過(guò)彈性復(fù)合頂出機(jī)構(gòu)降低鍛件頂出時(shí)受到的力，很好地解決了扁薄類齒坯鍛件頂出時(shí)發(fā)生的變形問(wèn)題，與其他改進(jìn)方案相比，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用現(xiàn)有模具改制即可，同時(shí)可以快速應(yīng)用到同類產(chǎn)品，有很大的適用性和實(shí)用性。目前該結(jié)構(gòu)已經(jīng)在我公司多種類似產(chǎn)品中推廣使用，效果和收益顯著。此次改進(jìn)方案的實(shí)施，使我公司產(chǎn)品質(zhì)量得到了提升，同時(shí)提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、適應(yīng)了市場(chǎng)的發(fā)展需求。