浅谈磁极的精密锻造成形及数值模拟

杨继春 刘亮华

(平高集团有限公司，河南 平顶山467001)

磁极是汽车交流发电机上的重要元件，由于交流发电机的电动势波形近似于正弦曲线，磁极的形状和电磁性能直接影响交流电动势的波形，因此磁极做成六个尖齿状，其形状和尺寸如图1所示。该零件形状比较复杂，极尖部分只有5mm宽，高度28.8mm，比较细小，金属塑性成形时型腔较难填充满。

1.磁极的精密锻造工艺

该零件早期采用铸造工艺，生产出的磁极存在缩孔、疏松、偏析等缺陷，严重影响磁极的电磁性能，不能满足其性能要求。根据零件形状，采用塑性成形时材料由中间向四周流动，最后填充六个极爪部位。传统的磁极锻造工艺为：下料→加热→镦粗→预锻→终锻→切边→机加工，该工艺工序复杂，材料利用率低且预锻型腔和终锻型腔较难配合，在终锻时容易出现折叠和型腔填充不满。

改进后的磁极精密锻造工艺为：下料→加热→墩粗→反挤压成形→热切边→余温正火→磷化皂化处理→冷精整。反挤压成形时采用异形冲头，如图2（a）所示。塑性成形时，随着冲头的下压材料被异形冲头的六个凸台分成六份，继续下压后材料受阻于凹模内壁，转而向与冲头运动相反的方向流动，填充六个极爪。由于下料体积尺寸的误差、模具的加工精度、毛坯温度和模具温度的波动等种种因素的影响，很难保证下料体积与模具型腔体积相同，因此在异形冲头的六个凹形底部加设1mm深的溢流腔，可以抑制锻造结束时变形抗力的无限增大，提高了模具寿命。利用锻后余热进行等温正火，可省去一次退火加热，降低了能耗和生产成本。

2.磁极精密锻造的数值模拟

本文采用DEFORM-3D软件，对磁极的精密成形过程进行模拟。根据零件的对称性，取毛坯的1/12做模拟计算，磁极材料为15钢，锻造温度为1100℃，模具与坯料的摩擦系数设为0.3。磁极的变形过程如图3所示，坯料镦粗后，被异形冲头的六个凸台分成六分，冲头继续下压，材料受阻于凹模内壁向上流动填充磁极的极爪部位，由于异形冲头凹腔底部设有1mm深的溢流腔，因此极爪尖部不够平整，在冷精整后可达到要求。由图4和图5可知终锻时应变和应力的最大值分别分布在磁极的极爪的侧面和顶部，这说明磁极在成形时六个极爪部分极难填充，在加工模具时，要提高模具型腔精度，利于极爪部分的填充。

图1 磁极零件图

图2 冲头（a）和凹模（b）

图3 磁极的变形过程

图4 终锻时的应变分布

图5 终锻时的应力分布

图6 终锻时的速度流线分布

结语

通过DEFORM-3D软件对磁极精密锻造成形过程的模拟，得到了材料的填充规律、应力和应变的分布状态，成形后极爪填充饱满，无折叠等缺陷。采用精密锻造技术及能提高产品质量，又能提高材料利用率，缩短成品周期，经济效益显著。

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