ZL50 用新型超越離合器用斜撐塊的精密技術研究

洛陽軸承研究所有限公司 韓紅雨 宗曉明 張作超 孟鴻超

一、前言

ZL50 裝載機作為國內的主力裝載機型，為了滿足機械增壓發動機裝車投產的需求，如何在短時間內解決機械增壓器用超越離合器相關技術性問題，已成為其產業化生產的難點。斜撐塊超越離合器適合于傳遞較大范圍的轉矩和在高轉速差場合下工作，亦用于防逆止機構中可靠自鎖。斜撐塊式超越離合器采用斜撐塊代替滾柱作為楔緊件，是用斜撐塊和內、外滾道組成摩擦副的一種離合器結構。楔塊配置在保持器中，依靠斜撐塊與內外環的相對運動來實現傳動、空轉、逆止的功能。斜撐塊作為超越離合器的關鍵部件，由于斜撐塊截面的不規則性，傳統的加工方法已不能滿足生產的需要，亟需開發一種優質高效的加工方法。

拉拔技術是在外加拉力作用下，使金屬通過摸孔產生塑性變形，獲得與摸孔形狀、尺寸相同的制品的加工方法。拉拔制品的尺寸精度高，表面粗糙度低工具與設備簡單，維護方便，一機多用。根據斜撐塊的結構特性，本文采用冷拉拔工藝加工斜撐塊，其工藝路線為：下料→退火→磷化→皂化→拔制→校直→切斷→淬、回火→表面處理→檢測→成品。

二、實驗方案

如下圖1 所示為斜撐塊的結構圖，斜撐塊單工作圓弧面為R6mm，雙圓弧工作面為R8mm、R9.5mm，高度12.19mm。其中圓弧工作面與內外滾道直接接觸，尺寸精度與表面質量要求高。

圖1 斜撐塊結構圖

根據設計需求選取斜撐塊材料為GCr15Z，屬于高碳鉻軸承鋼，在冷拉拔前的退火工序選取合理的工藝參數，使得拉拔材料可塑性強，且對拉拔模具的損傷降到最小。

本文研究拉拔模具模角對拉拔過程的影響，在模角的要求范圍適當選取拉拔模角。模角α的選擇定為5°、5.5°、6°、6.5°進行拉拔模擬仿真分析，從而得到最優的拉拔模角。

三、有限元分析模型建立及分析

1、三維模型的建立

運用三維軟件Solidworks 構建異型滾子拉拔過程的三維模型的模擬圖如圖2 所示。

圖2 異型滾子拉拔過程三維圖

圖3 異型滾子有限元分析圖

2、有限元模型的建立

將建立好的三維模型轉換為STL 格式，導入分析軟件Deform3D 中對拉拔模型進行網格設置，節點數為10100 個，單元總數為18939 個，以及分析參數設置，之后進行有限元分析求解。

3、拉拔有限元分析

滾子的拉拔過程中，變形主要集中在坯料的表面接觸處，應力變化從外到內依次減弱，進行點的追蹤提取數據時，一定要選取中間段節點。另外拉拔中滾子的中間腰部處的變形是最大的。模角α的選擇定為5°、5.5°、6°、6.5°分別進行有限元的分析模擬。

有限元數值模擬的結果主要對應力、應變場進行研究分析。應力場的分析主要考慮的是應力構造的變化,可以以此作為選用設備,設計模具結構和校核模具強度的依據。應變場分析可以了解到應變分布的狀態,為選取坯料和設計模具型腔,控制應力集中,避免變形過程出現破裂、折疊和充不滿型腔等現象提供依據。

圖4 不同模角等效應力分布圖

圖5 不同模角等效應變分布圖

通過分析軟件的數值模擬后，分別研究了不同模角對坯料的應力應變的影響。當α取5°、5.5°、6.5°時分別在最后一道拉拔工序時第69 步，107 步，228 步時出現程序停止，查看此時拉拔工件的應力情況，其最大的應力達到135MPa、134MPa和133MPa，使得坯料受到較大的軸向拉力，并且此時的應變也較大354、325 和237，而在實際的生產中，此時拉拔的坯料開始斷裂。當α取6°時 應變的幅度最小，材料的變形勻速，流線型穩定形成。在實際的生產中，使用此模角拉拔處的產品外形尺寸以及表面質量最好。

總上可以得出，當模角為6°時產品的成型性能最佳，且最大拉力值為10200N，如圖6 所示。

圖6 拉力變化圖

四、總結

通過上述方法分析了拉拔模角對斜撐塊拉拔成型的影響，確定了最佳的拉拔模角為6°，并且與加工過程中實際情況進行對比，使得產品的外形尺寸以及表面質量達到了最好。

采用上述分析的最佳拉拔參數進行加工生產，最終產品如圖7 所示，符合零件加工的要求。

圖7 斜撐塊最終成品圖