汽車離合器盤轂法蘭盤成形工藝分析

趙 軍，王 猛

（廈門理工學院 材料科學與工程學院，福建 廈門 361024）

1 引言

汽車離合器盤轂是一種典型的寬法蘭薄片狀軸類零件，其軸桿部分較小，而法蘭盤部分直徑大、厚度薄，成形加工難度大。傳統的加工方法主要有開式鍛造、閉塞精密模鍛和擺輾成形[1-3]。這些加工方法，不但原材料消耗大，而且加工耗時長，生產效率十分低下。為此，國內許多汽車離合器制造廠家都迫切需要一種節約原材料、減少刀具消耗、減少加工工序、降低制造成本、提高生產效率的制造工藝，以替代傳統的生產方法。

根據汽車離合器盤轂的形狀特點，設計軸桿部分與法蘭盤分開加工，其中法蘭盤部分采用精密沖裁一次成形，軸桿部分使用機加工，再將其連接的加工方法。圖1為離合器盤轂的法蘭盤，材料45號鋼，厚度3mm，尺寸精度IT7級以上。

圖1 離合器盤轂的法蘭盤

2 精沖有限元模擬

2.1 建模及參數設定

根據精密沖裁設計方法，建立凸模、凹模、齒圈壓板、頂件器、坯料的三維模型，其中凹模圓角選0.1mm，齒圈壓板采用單面V形齒圈，齒圈外形與刃口形狀一致。采用Deform-3D對其成形過程進行分析，采用1/8模型進行有限元分析，如圖2所示，將坯料設為塑性體，其他工具設為剛性體，忽略模具變形[4-6]。模擬基本參數如下：

圖2 有限元分析模型

（1）材料45鋼，在模擬過程中，采用四面單元，不考慮溫度變化對材料成形的影響。

（2）材料損傷模型Cockroft&Latham，其損傷值C：

σ*——最大應力。當最大主應力σ1≥0時，σ*=σ1；當 σ1＜0 時，σ*=0；

εf——材料發生斷裂時的應變；

（3）摩擦邊界條件：摩擦模型采用剪切模型，即：

式中：m——剪切摩擦因子，取m=0.12；

k——屈服極限；

（4）成形速度 v＝10mm/s。

2.2 不同凸凹模間隙對精沖件質量的影響

合理的沖裁間隙不僅能夠保證沖裁件的質量，而且可以提高模具壽命，降低生產成本。圖3為模具間隙分別取0mm、0.03mm、0.15mm的成形結果。可以看出，隨著模具間隙的增大，成形工件的塌角高度不斷增大，光亮帶高度不斷減小，如表1所示。因此，適當減小模具間隙，在一定程度上有利于提高沖裁件質量[7]。通過z=0與z=0.03的成形結果對比還可以看出，無間隙沖裁與模具間隙為0.03mm時的塌角與光亮帶長度相差無幾，但無間隙沖裁可能會導致沖裁面的垂直度下降或使得沖裁面上有撕裂，并且精沖過程中產生的熱效應及摩擦力造成模具劇烈磨損，可能導致沖模過早損壞，從而影響模具壽命。綜上所述，對于法蘭盤的沖裁采用0.03mm的雙面間隙較為合理。

圖3 模具間隙對沖裁的影響

表1 不同模具間隙成形結果對比

2.3 不同壓邊力和反壓力對沖裁件質量的影響

圖4 不同壓邊力和反壓力成形情況

要獲得較好的沖裁面質量，適當增大壓邊力和反壓力可獲得較好的沖裁質量，但是，過大的壓邊力會使沖裁力增加，影響模具壽命，壓邊力太小會使沖裁件塌角變大，光亮帶減小[8]。圖4與表2為模具雙面間隙取0.03mm時，對不同壓邊力F1和反壓力F2對沖裁件質量的影響的模擬結果。可以看出，壓邊力相同時，隨著反壓力的增加，塌角逐漸減小，光亮帶逐漸增加；反壓邊力相同時，隨著壓邊力的增加，塌角同樣逐漸減小，光亮帶逐漸增加。根據模擬結果，壓邊力F1=800kN，反壓力F2=400kN比較合理。

3 結論

根據汽車離合器盤轂的結構特點，設計其軸桿部分與法蘭盤分開加工的工藝，重點探討了厚度為3mm的離合器盤轂法蘭盤采用精密沖裁的可能性。厚度為3mm的離合器盤轂法蘭盤可采用精密沖裁加工；模具間隙0.03mm，壓邊力為800kN和反壓力為400kN時零件質量較好。

表2 不同壓邊力和反壓力成形結果對比

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