專利名稱：自動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
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬材料塑性成形方法及其模具，用于轎車自動變速箱 飛輪托盤鍛件的生產(chǎn)。
背景技術：
自動變速箱飛輪托盤總成是神龍汽車有限公司最新引進的一款2L16 氣門新型發(fā)動機配套的關鍵零部件，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。對于這種盤形件，若采用傳統(tǒng)的加工工藝，必 將導致材料利用率低、加工工序多、周期長。近年來，針對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用(塑性工程學報，2008 (4): 180—184)"與本發(fā)明相關外，國內(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)合的工藝方法來實現(xiàn)其成形 加工。H.-C. Wu,T.Altan針對具有圓形底部和前后、左右對稱分布且為波 浪形側(cè)壁的離合器飛輪，研究了厚度為0.25in (6.35mm)，牌號為1010 低碳鋼板沖裁毛坯，通過彎曲一鐓鍛復合成形工藝，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 由彎曲時的0.15111(3.81111111)變?yōu)?.062in(1.57mm)，見文獻[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 提出的沖鍛復合成形工藝是將厚度為2.6mm，牌號為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 凸模對板坯進行拉深成形一拉深結(jié)束時上凹模靜止不動，上凸模繼續(xù)下行，對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 時通過金屬的徑向流動而使得沖出的(D40mm孔邊緣厚度由2.6mm增加 至3.5mm，見文獻[2]:汽車離合器襯套沖鍛復合工藝研究及其數(shù)值模擬， 鍛壓裝備及制造技術，2000 (1): 49 51;李建平、車路長針對材料相 當于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 坯一平面應力變形+三向應力體積成形一得到冷沖鍛件，其變形實質(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[3]:沖壓冷鍛成形工藝的模具設計及坯 料計算方法的研究，鍛壓技術，2007 (4): 52-56。上述三個文獻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[l]報導的成 形工藝是先彎曲，后鐓鍛，分別在兩道工序中進行，且鐓鍛僅使四段側(cè) 壁與盤底過渡圓角變??；文獻[2]報導的工藝是拉深與沖孔復合成形，沖 孔時使工件底部內(nèi)孔側(cè)壁通過徑向擠壓的方式變厚，工藝方法比較簡單; 文獻[3]報導的工藝是環(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，而不能成形強度高、塑性較差的45號中碳 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 等且底部內(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，同時盤形工件底部內(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熱到20(TC以上，每生產(chǎn)l個零件采用水 劑石墨對成形模具進行潤滑。一種用于自動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，凹模外套有預應力外圈；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；導向裝置由導柱和導套構(gòu)成，導柱固定在下模板上，導套固定在上 模板上，導柱和導套滑動配合。所述的模具，其進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[l]、 [2]、 [3]的技術方案相比，其不同之處是文獻[l] 提出的是彎曲鐓鍛成形，文獻[2]提出的是拉深沖孔成形，文獻[3]提出 的是內(nèi)翻孔外翻邊擠壓成形，三個文獻的技術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號碳素結(jié)構(gòu)鋼且厚度為 10mm的鋼板，其強度高、變形抗力大，應采用溫拉深工藝，可以看出， 本發(fā)明的成形工藝方法與三個文獻所述成形工藝方法完全不同；文獻[l]、 [2]僅介紹了簡單的模具工作原理，未介紹模具結(jié)構(gòu)，文獻[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)設計合理， 制造、安裝和使用比較方便，工作可靠，使用壽命長；模具安裝在8000KN 雙動液壓機上工作，將厚度為10mm的45號碳素結(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，減少所需設備噸位，又 因其溫度比45號碳素結(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 應力外圈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；導向裝置由導柱19和導套20構(gòu)成，導柱19固定在下模板4上，導套20 固定在上模板14上，導柱19和導套20滑動配合。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，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 液壓機外滑塊的作用下通過上模板14推動拉深凸模下行，首先導柱19進 入導套20對凸凹模導向，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 動液壓機內(nèi)滑塊下行通過上橫梁18和傳力桿17推動環(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，同時使底部過渡圓角 由拉深時的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，復合成形結(jié)束后，雙動液壓機內(nèi)、外滑塊同時回程至上限位置， 液壓機工作臺下面的頂出器上行，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， 一個工作循環(huán)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種自動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內(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，同時盤形工件底部內(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熱到200'C以上，每生產(chǎn)l個零件采用水 劑石墨對成形模具進行潤滑。
3. —種用于自動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)外套有預應力外圈(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；導向裝置由導柱(19)和導套(20)構(gòu)成，導柱(19)固定在下模 板(4)上，導套(20)固定在上模板(14)上，導柱(19)和導套(20) 滑動配合。
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，而不能成形強度高、塑性較差的45號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、拉深鐓鍛凸模和導向裝置，結(jié)構(gòu)設計合理，制造、安裝和使用比較方便，工作可靠，使用壽命長，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B21J13/02GK101402128SQ20081019763
公開日2009年4月8日 申請日期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, 周孟祥, 夏巨諶, 湯桃紅, 王新云, 胡國安 申請人:湖北天輪機械有限公司;華中科技大學