一種解決熱鐓機扁薄類鍛件頂出變形的方法

文/吳搏，桂安朋，馬臣，王東亞·中國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扁薄類鍛件頂出變形的方法，開發了一種輔助脫模機構，通過試驗驗證了該機構的穩定性，解決了薄輻板沖孔件頂出變形的問題，保證產品質量的同時，實現了連續、無故障生產。

隨著汽車產業的發展，輕量化細化到汽車的各個部件。隨著國外變速箱輻板沖孔齒輪的廣泛應用，國內也已經開始普及。輻板沖孔產品的特點是：輻板薄、外徑大、需要沖孔。輻板厚度一般為6 ～8mm，而產品外徑在125mm 左右。使用快速鐓鍛機(熱鐓機)生產齒輪效率高、勞動強度低、產品質量穩定。該設備通常使用的模具在鍛件脫模時只有中間一個頂芯頂出，由于脫模力、力矩大、輻板薄導致鍛件在脫模時發生頂出變形，在鍛件出現嚴重變形時，還會導致夾持外圓傳遞至下一道工序時定位不準(自動夾鉗是夾持鍛件的外圓)，撞壞沖孔模具，導致設備出現故障，無法連續生產。某變速箱齒輪鍛造工步圖如圖1 所示。

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

扁薄類齒坯輔助脫模機構的開發

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的變形問題(圖3)，需要分析引起變形的原因(圖4)，這樣才能準確的解決問題。經過分析研究，引起鍛件在鍛造過程中變形，是由于其在頂出時，法蘭跟凹模環的脫模力大，產品結構的輻板太薄(6 ～7mm)強度低，中間頂芯頂出時，法蘭在模具中承受的力矩產生的應力大于輻板強度，引起鍛件頂出變形。我們針對成形工藝做了多次調整，效果都非常不明顯。因此我們得出結論，從頂出方式入手解決頂出變形的問題會十分有效，進而設計一套滿足生產輔助脫模的模具結構非常必要。

常規模具結構的分析

常規設計采用圖5 的模具結構，在鍛造完成后，頂芯將鍛件頂出時鍛件中心受力，外部法蘭跟模具存在脫模力，此時形成一個類似杠桿的原理，但受鍛件圖紙要求輻板厚度有限，內外力矩導致輻板發生扭曲變形，熱鐓機高速運轉，嚴重變形后由于傳遞不準確導致設備報故障，四工位沖孔模具撞壞。不僅產品質量合格率低，設備的停工臺時會增加，人工勞動強度會加大，模具消耗也是很大的損失。

扁薄類齒坯輔助脫模機構

根據鍛件發生頂出變形的原因分析以及對現有模具結構的剖析，解決鍛件頂出變形的切入點就在于如何降低頂出時力矩大的問題。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，從而減小頂出過程中的杠桿力矩，進而防止了鍛件頂出變形的發生。

圖6 是我們開發的扁薄類齒坯鍛件的輔助脫模機構。原理說明：凹模環、凹模鑲塊、頂出環構成鍛件的凹模型腔，頂芯是鍛件的主要頂出件，頂出力從中間傳過來。件1、件2、件3 構成輔助頂出機構(件1-頂出環，件2-傳動桿，件3-彈簧)，輔助脫模力由預緊彈簧提供。凹模分塊可以使凹模鑲塊套重復使用，降低模具加工成本。在靠近鍛件的外緣處增加輔助頂出機構，無鍛件坯料時頂出環通過預緊彈簧頂出6 ～10mm。當有鍛件坯料成形時，鍛件坯料會將此6 ～10mm 的量頂回到成形位置。成形完成，沖頭側的模具回程。此刻中間頂芯還沒起頂出作用，在彈簧的作用下，頂出環會給鍛件外緣一個向外頂出的力，用于減小側壁摩擦力及粘模力，這樣中間頂芯頂出時，鍛件頂出受到的力矩就會變小，鍛件在薄輻板處不會發生變形，從而使鍛件尺寸滿足要求。

結束語

通過分析鍛件發生頂出變形的原因以及剖析現有模具結構，開發出扁薄類齒坯輔助脫模機構，通過彈性復合頂出機構降低鍛件頂出時受到的力，很好地解決了扁薄類齒坯鍛件頂出時發生的變形問題，與其他改進方案相比，模具結構簡單，使用現有模具改制即可，同時可以快速應用到同類產品，有很大的適用性和實用性。目前該結構已經在我公司多種類似產品中推廣使用，效果和收益顯著。此次改進方案的實施，使我公司產品質量得到了提升，同時提升了市場競爭力、適應了市場的發展需求。