汽车发动机齿圈飞轮盘板冲锻制作新技术

2018-07-03金俊松夏巨谌华中科技大学周孟祥汤桃红湖北天轮机械有限公司

锻造与冲压 2018年13期

文/金俊松，夏巨谌·华中科技大学周孟祥，汤桃红·湖北天轮机械有限公司

齿圈飞轮盘是自动挡汽车发动机上的一个重要功能部件，笔者在成功地实现了其结构轻量化的同时，还研发出实现轻量化飞轮盘整体闭式温冲锻成形和旋压增厚成形新技术，应用于生产，产生了良好的经济与社会效益。

功能及结构特点

齿圈飞轮盘总成是自动挡汽车发动机的一个重要零部件，自动变速箱的飞轮相对手动变速箱的飞轮较轻较薄，安装在曲轴后面，外缘上的齿圈用来与起动机啮合。飞轮用来平顺做功行程之间的脉冲振动，并提供惯性以便发动机怠速平稳。

齿圈飞轮盘的传统结构由飞轮盘、飞轮齿圈、三角支撑垫、变矩器紧固垫及曲轴法兰衬垫所组成，如图1所示，飞轮盘有信号齿，用于传递转速信号，垫片与发动机曲轴联接，将力矩传递到三角支撑垫上，进而传递到液力变矩器。部件总体上属于盘状回转体形状，结构复杂，尺寸精度要求高，制造难度大。

改进后的结构

柔性飞轮总成由齿圈（盘）、柔性托盘组成，如图2所示，齿圈（盘）与柔性托盘铆接在一起，具有更好的柔性，零件形状和结构复杂，尺寸精度高，可靠性强。齿盘需要采用半闭式旋压增厚特种成形工艺。

图1 齿圈飞轮盘零件

图2 改进后的齿圈飞轮盘零件

整体闭式温冲锻成形

工艺方案的确定

该飞轮盘属于高度尺寸不大且壁厚比底厚大1mm的盘形件，经初步分析，可以采用如下两种工艺方案：

⑴温热反挤压成形。其工艺流程是下料→加热→端面整平→反挤压→底部冲孔→盘形口部车平。

⑵板锻温成形。以板料为原始毛坯，通过冲压和锻造复合成形方法得到所需精化毛坯或成品零件，其工艺流程是落料→加热→拉深→镦锻成形，如图3所示。其中，镦锻的作用是使飞轮盘筒形壁厚由10mm增加至11mm，同时将内圆角R20mm减小至R5mm，外圆角由R30mm减小至R2.5mm。

图3 板锻温成形工序图

模具设计

⑴拉深模。拉深模结构如图4所示，该模采用导柱34和导套35导向，凹模采用预应力组合结构（凹模16、预应力圈15），凹模下面设置有顶出机构（小圆柱1、顶杆2、托板3、顶板13），凸模17为横向分层结构，凸模外围设有环形顶出器18，环形顶出器上端通过顶杆30同横板31接触，下环形面通过螺栓25、弹簧24与上模板22相连的托板19限位。该模具也是安装在Y34KJII-800型液压机上使用，下模安装在压力机工作台上，上模安装在压力机滑块下面，横板31与安装在滑块内的油缸活塞杆相连。工作时，将加热至850℃左右的坯料（φ338mm×10mm）放置在凹模口上，通过定位销33定位，开动压力机，滑块下行带动凸模使坯料拉深成形，成形结束后，滑块带动凸模回程，滑块内顶出油缸通过环形顶出器，将套在凸模上的拉深工件从凸模上退下。

⑵镦锻整形模。该模具结构与图4所示拉深模几乎相同，其不同之处：一是凸模17的端部做成倒角或做成大于飞轮盘零件内圆角R5mm的圆角；二是凸、凹模的间隙为11mm，而拉深模具凸、凹模的间隙为10mm；三是环形顶出器在这副模具中是先作为环形镦锻与整形的凸模，然后作为顶出器使用。

图4 拉深模结构

旋压增厚成形原理

旋压增厚以闭式温冲锻成形得到的精密盘形工件为毛坯（图5）。旋压增厚成形原理如图6所示，圆形板坯3置于托盘4上，压盘2被油缸柱塞1压紧，板坯和压盘快速旋转，四个旋压轮依次动作，首先旋压轮6沿径向对板坯施加压力，使板外圈增厚，达到径向进给量后沿原路径退回，然后，旋压轮7、8及9依次执行与旋压轮6相同的动作，直至板坯外圆形成与板坯垂直的轮缘且厚度达到所设计的厚度为止。

图5 厚轮缘薄辐板旋压毛坯

图6 旋压增厚成形原理

旋压设备的研制

旋压机由上主轴、下主轴、下顶出和旋轮进给系统组成，工作时先将环形坯料置于下主轴上，然后上主轴下行与下主轴一同将坯料夹紧并随下主轴一同旋转，接着各旋轮依次进给，将环形毛坯轮缘增厚至所要求的厚度。图7所示为华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室与黄石华力锻压机床有限公司联合开发的专用旋压增厚机，由该机所生产出的齿圈飞轮盘精化毛坯如图8所示。

增厚轮缘外表面上的小模数直齿可采用两种方法加工：一是旋压成形，即将旋压增厚的旋轮换成模数相等的旋轮，因模数一般为m=1mm，所以工件旋转一圈即可；二是利用滚齿机加工。