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(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)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(tǒng)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(chǎn)效率十分低下。為此，國內(nèi)許多汽車離合器制造廠家都迫切需要一種節(jié)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(chǎn)效率的制造工藝，以替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法。

根據(jù)汽車離合器盤轂的形狀特點，設(shè)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(shù)設(shè)定

根據(jù)精密沖裁設(shè)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(shè)為塑性體，其他工具設(shè)為剛性體，忽略模具變形[4-6]。模擬基本參數(shù)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(yīng)力。當(dāng)最大主應(yīng)力σ1≥0時，σ*=σ1；當(dāng) σ1＜0 時，σ*=0；

εf——材料發(fā)生斷裂時的應(yīng)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(zhì)量的影響

合理的沖裁間隙不僅能夠保證沖裁件的質(zhì)量，而且可以提高模具壽命，降低生產(chǎn)成本。圖3為模具間隙分別取0mm、0.03mm、0.15mm的成形結(jié)果?？梢钥闯觯S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(dāng)減小模具間隙，在一定程度上有利于提高沖裁件質(zhì)量[7]。通過z=0與z=0.03的成形結(jié)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(dǎo)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(chǎn)生的熱效應(yīng)及摩擦力造成模具劇烈磨損，可能導(dǎo)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(jié)果對比

2.3 不同壓邊力和反壓力對沖裁件質(zhì)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(zhì)量，適當(dāng)增大壓邊力和反壓力可獲得較好的沖裁質(zhì)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(zhì)量的影響的模擬結(jié)果?？梢钥闯?，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(jù)模擬結(jié)果，壓邊力F1=800kN，反壓力F2=400kN比較合理。

3 結(jié)論

根據(jù)汽車離合器盤轂的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)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(zhì)量較好。

表2 不同壓邊力和反壓力成形結(jié)果對比

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