專利名稱：自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝及其模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料塑性成形方法及其模具，用于轎車自動(dòng)變速箱 飛輪托盤鍛件的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
自動(dòng)變速箱飛輪托盤總成是神龍汽車有限公司最新引進(jìn)的一款2L16 氣門新型發(fā)動(dòng)機(jī)配套的關(guān)鍵零部件，它由飛輪與齒圈壓配并焊接為一體。 飛輪為直徑超過270mm、輪緣壁厚大于輻板厚度、且輪緣與輻板過渡圓 角小的大而淺的盤形件。對(duì)于這種盤形件，若采用傳統(tǒng)的加工工藝，必 將導(dǎo)致材料利用率低、加工工序多、周期長(zhǎng)。近年來，針對(duì)與飛輪類似形狀零件的加工，除發(fā)明人發(fā)表的"板沖 鍛成形新工藝及其在飛輪盤加工中的應(yīng)用(塑性工程學(xué)報(bào)，2008 (4): 180—184)"與本發(fā)明相關(guān)外，國(guó)內(nèi)外也逐漸有人研究板鍛成形新工藝，即以金屬板料為毛坯，通過沖壓與鍛造相結(jié)合的工藝方法來實(shí)現(xiàn)其成形 加工。H.-C. Wu,T.Altan針對(duì)具有圓形底部和前后、左右對(duì)稱分布且為波 浪形側(cè)壁的離合器飛輪，研究了厚度為0.25in (6.35mm)，牌號(hào)為1010 低碳鋼板沖裁毛坯，通過彎曲一鐓鍛復(fù)合成形工藝，即采用彎曲方法來 成形四段側(cè)壁，然后通過對(duì)四段側(cè)壁的鐓鍛使側(cè)壁與盤底過渡圓角半徑 由彎曲時(shí)的0.15111(3.81111111)變?yōu)?.062in(1.57mm)，見文獻(xiàn)[l]: Process optimization in stamping~~a case study for flanging a clutch hub from steel plate, Journal of Materials Processing Technology, 146 (2004): 8-19 ); 李 雪松、陳軍等針對(duì)內(nèi)孔&緣厚度比底部厚約lmm的汽車離合器襯套，所 提出的沖鍛復(fù)合成形工藝是將厚度為2.6mm，牌號(hào)為ST14的圓形板坯置于下凹模與下凸模組成的拉深凹模上一由上凸模與上凹模組成的拉深 凸模對(duì)板坯進(jìn)行拉深成形一拉深結(jié)束時(shí)上凹模靜止不動(dòng)，上凸模繼續(xù)下行，對(duì)已拉深成形的盤形工件的底部沖出040mm的中心孔，因下凹模直 徑與上凸模直徑相等且上端自中心向邊緣呈3。的圓錐形，從而使得沖孔 時(shí)通過金屬的徑向流動(dòng)而使得沖出的(D40mm孔邊緣厚度由2.6mm增加 至3.5mm，見文獻(xiàn)[2]:汽車離合器襯套沖鍛復(fù)合工藝研究及其數(shù)值模擬， 鍛壓裝備及制造技術(shù)，2000 (1): 49 51;李建平、車路長(zhǎng)針對(duì)材料相 當(dāng)于08AL、中間為通孔的環(huán)形盲槽、槽底厚4.5mm而內(nèi)、外筒壁均為 2.5mm的罩體零件，提出的冷沖鍛成形工藝是厚度為4.5mm的環(huán)形板 坯一平面應(yīng)力變形+三向應(yīng)力體積成形一得到冷沖鍛件，其變形實(shí)質(zhì)是 環(huán)形板坯通過內(nèi)翻孔、外翻邊與擠壓得到底厚為4.5mm而內(nèi)、外筒壁均 為2.5mm的環(huán)形盲槽構(gòu)件。其模具結(jié)構(gòu)分為凸模部分和凹模部分凸模 部分主要由對(duì)中套和環(huán)形凸模組成；凹模部分主要由芯軸、凹模和環(huán)形 頂出器組成；環(huán)形凸模下段壁厚與罩體零件環(huán)形槽內(nèi)、外壁間的距離相 等，其上段至凸模座之間為15°斜度，下段內(nèi)壁至芯軸之間的距離與罩 體零件環(huán)形槽外徑相等，見文獻(xiàn)[3]:沖壓冷鍛成形工藝的模具設(shè)計(jì)及坯 料計(jì)算方法的研究，鍛壓技術(shù)，2007 (4): 52-56。上述三個(gè)文獻(xiàn)成形的均為低碳鋼板，且板厚最厚的為6.35mm (0.25in X25.4)，最薄的為2.6mm，只需采用冷成形工藝即可；文獻(xiàn)[l]報(bào)導(dǎo)的成 形工藝是先彎曲，后鐓鍛，分別在兩道工序中進(jìn)行，且鐓鍛僅使四段側(cè) 壁與盤底過渡圓角變?。晃墨I(xiàn)[2]報(bào)導(dǎo)的工藝是拉深與沖孔復(fù)合成形，沖 孔時(shí)使工件底部?jī)?nèi)孔側(cè)壁通過徑向擠壓的方式變厚，工藝方法比較簡(jiǎn)單; 文獻(xiàn)[3]報(bào)導(dǎo)的工藝是環(huán)形板坯在一道工序中完成內(nèi)翻孔、外翻邊得到中 心為通孔的環(huán)形盲槽工件，在進(jìn)一步的擠壓中使內(nèi)、外筒壁變薄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝及其模 具，解決現(xiàn)有冷沖鍛成形工藝及其模具只能成形強(qiáng)度低、塑性好的低碳薄鋼板為坯料的小型盤類件，而不能成形強(qiáng)度高、塑性較差的45號(hào)中碳 厚鋼板為坯料的大型盤類件的工藝與模具問題。本發(fā)明的一種自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝，包括(1) 加熱步驟將厚度為10mm的45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼圓形坯料加熱至 ,。C 850。C;(2) 成形步驟將坯料置于成形模具中，拉深成側(cè)壁與底部厚度相 等且底部?jī)?nèi)過渡圓角半徑為R20的盤形工件，緊接著在成形模具中將盤 形工件側(cè)壁鐓粗至11 12mm，同時(shí)盤形工件底部?jī)?nèi)圓角半徑變小至R 5 ， 外圓角半徑變小至R2.5，成形為所需尺寸的飛輪托盤鍛件。所述的自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝，其特征在于 在工作之前所述成形模具預(yù)熱到20(TC以上，每生產(chǎn)l個(gè)零件采用水 劑石墨對(duì)成形模具進(jìn)行潤(rùn)滑。一種用于自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝的模具，包括拉深凹模、頂出裝置、拉深鐓鍛凸模和導(dǎo)向裝置，其特征在于拉深凹模由依次疊置的下模板、下墊板、底板、頂板和凹模組成；凹模為圓筒形，置于底板上并套于頂板外，凹模外套有預(yù)應(yīng)力外圈；頂出裝置由頂桿、托板和傳力柱組成；頂桿和托板依次置于下模板的中心階梯孔內(nèi)，托板上放有均勻分布的傳力柱，傳力柱穿過下墊板和底板，頂在頂板下表面；拉深鐓鍛凸模包括凸模、凸模座、環(huán)形鐓鍛凸模、上墊板、傳力桿、彈簧復(fù)位裝置、上模板和上橫梁；凸模與凸模座通過螺釘連接，凸模座與上模板通過螺釘連接，凸模座與上模板之間置有上墊板，環(huán)形鐓鍛凸 模套于凸模和凸模座之外，通過限位環(huán)定位于上模板，傳力桿穿過上模 板和上墊板均勻支撐在環(huán)形鐓鍛凸模上，上橫梁放置在傳力桿上；彈簧 復(fù)位裝置按圓周均勻分布于上模板和上墊板的孔內(nèi)，由螺栓和套在其外 的彈簧組成，螺栓與所述限位環(huán)螺紋連接；導(dǎo)向裝置由導(dǎo)柱和導(dǎo)套構(gòu)成，導(dǎo)柱固定在下模板上，導(dǎo)套固定在上 模板上，導(dǎo)柱和導(dǎo)套滑動(dòng)配合。所述的模具，其進(jìn)一步特征在于拉深凹模的頂板為圓形板，其上 表面邊緣倒成20。 30。的斜角，鐓鍛成形時(shí)在工件底面周圍形成截面為三 角形的分流降壓腔。本發(fā)明與文獻(xiàn)[l]、 [2]、 [3]的技術(shù)方案相比，其不同之處是文獻(xiàn)[l] 提出的是彎曲鐓鍛成形，文獻(xiàn)[2]提出的是拉深沖孔成形，文獻(xiàn)[3]提出 的是內(nèi)翻孔外翻邊擠壓成形，三個(gè)文獻(xiàn)的技術(shù)方案成形的均為低碳鋼板， 且板厚最厚的為6.35mm (0.25inX25.4)，最薄的為2.6mm，只需采用冷 成形工藝；本發(fā)明是拉深鐓鍛成形，成形的45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼且厚度為 10mm的鋼板，其強(qiáng)度高、變形抗力大，應(yīng)采用溫拉深工藝，可以看出， 本發(fā)明的成形工藝方法與三個(gè)文獻(xiàn)所述成形工藝方法完全不同；文獻(xiàn)[l]、 [2]僅介紹了簡(jiǎn)單的模具工作原理，未介紹模具結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[3]介紹了模具 結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)與它完全不同，特別是在拉深凹模模底即頂 板周圍形成分流降壓腔，既能保證托盤鍛件外圓角半徑減小至R2.5，又 能使鐓鍛成形力大為降低，解決環(huán)形鐓鍛凸模使用壽命低的技術(shù)難題。本發(fā)明工藝流程短且合理，工藝穩(wěn)定；本發(fā)明模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理， 制造、安裝和使用比較方便，工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；模具安裝在8000KN 雙動(dòng)液壓機(jī)上工作，將厚度為10mm的45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼板加熱至800。C 85(TC溫成形既可顯著降低坯料金屬的變形抗力，減少所需設(shè)備噸位，又 因其溫度比45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼的再結(jié)晶溫度低得多，因而坯料氧化程度很 小，所成形的飛輪托盤鍛件表面光潔；采用本發(fā)明成形工藝，只需一次 加熱和一副模具、 一次操作，生產(chǎn)效率高，鍛件質(zhì)量好。


圖l飛輪托盤坯料示意圖； 圖2飛輪托盤鍛件示意圖； 圖3本發(fā)明的成形模具示意圖； 圖4為圖3的局部I處放大圖。
具體實(shí)施方式
圖l為待加工的飛輪托盤坯料示例，厚度為10mm，直徑為338mm。 圖2為利用本發(fā)明加工成的飛輪托盤鍛件示例，內(nèi)徑251. 3±0. 5 mm，外徑273.3士0.5mm，高度44士0.5mm，內(nèi)圓角半徑R5，外圓角半徑R2.5。 如圖3所示，本發(fā)明的模具，包括拉深凹模、頂出裝置、拉深鐓鍛凸模和導(dǎo)向裝置拉深凹模由依次疊置的下模板4、下墊板5、底板6、頂板7和凹模10 組成；凹模10為圓筒形，置于底板6上并套于頂板7外，凹模10外套有預(yù) 應(yīng)力外圈9;頂出裝置由頂桿2、托板3和傳力柱1組成；頂桿2和托板3依次置于下 模板4的中心階梯孔內(nèi)，托板3上放有均勻分布的傳力柱1，傳力柱l穿過 下墊板5和底板6，頂在頂板7下表面；拉深鐓鍛凸模包括凸模ll、凸模座13、環(huán)形鐓鍛凸模12、上墊板16、 傳力桿17、彈簧復(fù)位裝置15、上模板14和上橫梁18;凸模11與凸模座13 通過螺釘連接，凸模座13與上模板14通過螺釘連接，凸模座13與上模板14之間置有上墊板16，環(huán)形鐓鍛凸模12套于凸模11和凸模座13之外，通 過限位環(huán)21定位于上模板14，傳力桿17穿過上模板14和上墊板16均勻支 撐在環(huán)形鐓鍛凸模12上，上橫梁18放置在傳力桿17上；彈簧復(fù)位裝置15 按圓周均勻分布于上模板14和上墊板16的孔內(nèi)，由螺栓和套在其外的彈 簧組成，螺栓與所述限位環(huán)21螺紋連接；導(dǎo)向裝置由導(dǎo)柱19和導(dǎo)套20構(gòu)成，導(dǎo)柱19固定在下模板4上，導(dǎo)套20 固定在上模板14上，導(dǎo)柱19和導(dǎo)套20滑動(dòng)配合。如圖4所示，拉深凹模的頂板7為圓形板，其上表面邊緣倒成20。 30。 的斜角，鐓鍛成形時(shí)在工件8底面周圍由頂板7和凹模10形成截面為三角 形的分流降壓腔A;確保鐓鍛成形時(shí)在工件底部得到R2.5的外圓角，并使 鐓鍛力大為降低，從而使環(huán)形鐓鍛凸模使用壽命大為提高。模具工作過程及鍛件復(fù)合成形過程為拉深鐓鍛凸模和拉深凹模處 于張開狀態(tài)時(shí)，頂出裝置處于下限位置，頂板7落在底板6上成為拉深凹 模之底，拉深鐓鍛凸模上的環(huán)形鐓鍛凸模12連帶凸模座13、傳力桿17、 上橫梁18因彈簧復(fù)位裝置15的作用處于上限位置，將加熱至80(TC 850 'C的圖1所示45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼坯料置于拉深凹模上，拉深鐓鍛凸模在雙動(dòng) 液壓機(jī)外滑塊的作用下通過上模板14推動(dòng)拉深凸模下行，首先導(dǎo)柱19進(jìn) 入導(dǎo)套20對(duì)凸凹模導(dǎo)向，然后凸模將坯料壓入拉深凹模而產(chǎn)生拉深變形， 得到側(cè)壁與底部厚度相等UOmm)而底部過渡圓角較大的工件，繼而雙 動(dòng)液壓機(jī)內(nèi)滑塊下行通過上橫梁18和傳力桿17推動(dòng)環(huán)形鐓鍛凸模2下行， 迫使盤形工件的側(cè)壁壁厚由10mm鐓粗至ll 12mm，同時(shí)使底部過渡圓角 由拉深時(shí)的R20左右變小至內(nèi)圓角R5外圓角R2.5，從而得到所需的飛輪托 盤鍛件，復(fù)合成形結(jié)束后，雙動(dòng)液壓機(jī)內(nèi)、外滑塊同時(shí)回程至上限位置， 液壓機(jī)工作臺(tái)下面的頂出器上行，通過頂桿l、托板3、傳力柱1和頂板7 將鍛件從拉深凹模中頂出， 一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝，包括(1)加熱步驟將厚度為10mm的45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼圓形坯料加熱至800℃～850℃；(2)成形步驟將坯料置于成形模具中，拉深成側(cè)壁與底部厚度相等且底部?jī)?nèi)過渡圓角半徑為R20的盤形工件，緊接著在成形模具中將盤形工件側(cè)壁鐓粗至11～12mm，同時(shí)盤形工件底部?jī)?nèi)圓角半徑變小至R5，外圓角半徑變小至R2.5，成形為所需尺寸的飛輪托盤鍛件。
2. 如權(quán)利要求l所述的自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝， 其特征在于在工作之前所述成形模具預(yù)熱到200'C以上，每生產(chǎn)l個(gè)零件采用水 劑石墨對(duì)成形模具進(jìn)行潤(rùn)滑。
3. —種用于自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝的模具，包括 拉深凹模、頂出裝置、拉深鐓鍛凸模和導(dǎo)向裝置，其特征在于拉深凹模由依次疊置的下模板(4)、下墊板(5)、底板(6)、頂板 (7)和凹模(10)組成；凹模(10)為圓筒形，置于底板(6)上并套 于頂板(7)夕卜，凹模(10)外套有預(yù)應(yīng)力外圈(9);頂出裝置由頂桿(2)、托板(3)和傳力柱(1)組成；頂桿(2)和 托板(3)依次置于下模板(4)的中心階梯孔內(nèi)，托板(3)上放有均勻 分布的傳力柱(1)，傳力柱(1)穿過下墊板(5)和底板(6)，頂在頂 板(7)下表面；拉深鐓鍛凸模包括凸模(11)、凸模座(13)、環(huán)形鐓鍛凸模(12)、 上墊板(16)、傳力桿(17)、彈簧復(fù)位裝置(15)、上模板(14)和上橫梁(18);凸模(11)與凸模座(13)通過螺釘連接，凸模座(13)與上 模板(14)通過螺釘連接，凸模座(13)與上模板(14)之間置有上墊 板(16)，環(huán)形鐓鍛凸模(12)套于凸模(11)和凸模座(13)之外，通 過限位環(huán)(21)定位于上模板(14)，傳力桿(17)穿過上模板(14)和 上墊板(16)均勻支撐在環(huán)形鐓鍛凸模(12)上，上橫梁(18)放置在 傳力桿(17)上；彈簧復(fù)位裝置(15)按圓周均勻分布于上模板(14) 和上墊板(16)的孔內(nèi)，由螺栓和套在其外的彈簧組成，螺栓與所述限 位環(huán)(21)螺紋連接；導(dǎo)向裝置由導(dǎo)柱(19)和導(dǎo)套(20)構(gòu)成，導(dǎo)柱(19)固定在下模 板(4)上，導(dǎo)套(20)固定在上模板(14)上，導(dǎo)柱(19)和導(dǎo)套(20) 滑動(dòng)配合。
4.如權(quán)利要求3所述的模具，其特征在于拉深凹模的頂板為圓形 板，其上表面邊緣倒成20。 30。的斜角，鐓鍛成形時(shí)在工件底面周圍形成 截面為三角形的分流降壓腔。
全文摘要
自動(dòng)變速箱飛輪托盤溫拉深鐓鍛成形工藝及其模具，屬于金屬材料塑性成形方法及其模具，解決現(xiàn)有冷沖鍛成形工藝及其模具只能成形強(qiáng)度低、塑性好的低碳薄鋼板為坯料的小型盤類件，而不能成形強(qiáng)度高、塑性較差的45號(hào)中碳厚鋼板為坯料的大型盤類件的工藝與模具問題，用于轎車自動(dòng)變速箱飛輪托盤鍛件的生產(chǎn)。本發(fā)明成形工藝，包括加熱步驟和成形步驟，工藝流程短且合理，工藝穩(wěn)定；本發(fā)明的模具，包括拉深凹模、頂出裝置、拉深鐓鍛凸模和導(dǎo)向裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，制造、安裝和使用比較方便，工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，所成形的飛輪托盤鍛件表面光潔；采用本發(fā)明只需一次加熱和一副模具、一次操作，生產(chǎn)效率高，鍛件質(zhì)量好。
文檔編號(hào)B21J13/02GK101402128SQ20081019763
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者周保國(guó), 周孟祥, 夏巨諶, 湯桃紅, 王新云, 胡國(guó)安 申請(qǐng)人:湖北天輪機(jī)械有限公司;華中科技大學(xué)