一种解决热镦机扁薄类锻件顶出变形的方法

文/吴搏，桂安朋，马臣，王东亚·中国第一汽车股份有限公司锻造公司

本文阐述了一种解决热镦机扁薄类锻件顶出变形的方法，开发了一种辅助脱模机构，通过试验验证了该机构的稳定性，解决了薄辐板冲孔件顶出变形的问题，保证产品质量的同时，实现了连续、无故障生产。

随着汽车产业的发展，轻量化细化到汽车的各个部件。随着国外变速箱辐板冲孔齿轮的广泛应用，国内也已经开始普及。辐板冲孔产品的特点是：辐板薄、外径大、需要冲孔。辐板厚度一般为6 ～8mm，而产品外径在125mm 左右。使用快速镦锻机(热镦机)生产齿轮效率高、劳动强度低、产品质量稳定。该设备通常使用的模具在锻件脱模时只有中间一个顶芯顶出，由于脱模力、力矩大、辐板薄导致锻件在脱模时发生顶出变形，在锻件出现严重变形时，还会导致夹持外圆传递至下一道工序时定位不准(自动夹钳是夹持锻件的外圆)，撞坏冲孔模具，导致设备出现故障，无法连续生产。某变速箱齿轮锻造工步图如图1 所示。

为了保证产品尺寸符合用户的要求，只能将辐板加厚设计(图2)，然后增加粗车工序消除锻件因顶出变形产生的尺寸偏差，但是冲孔后法兰直径变大，需要补偿设计凹模环直径。不仅影响产品的一致性，使生产效率、生产周期变长，同时增加了制造成本。

扁薄类齿坯辅助脱模机构的开发

顶出变形的原因分析

为解决该辐板冲孔齿坯在锻造中出现的变形问题(图3)，需要分析引起变形的原因(图4)，这样才能准确的解决问题。经过分析研究，引起锻件在锻造过程中变形，是由于其在顶出时，法兰跟凹模环的脱模力大，产品结构的辐板太薄(6 ～7mm)强度低，中间顶芯顶出时，法兰在模具中承受的力矩产生的应力大于辐板强度，引起锻件顶出变形。我们针对成形工艺做了多次调整，效果都非常不明显。因此我们得出结论，从顶出方式入手解决顶出变形的问题会十分有效，进而设计一套满足生产辅助脱模的模具结构非常必要。

常规模具结构的分析

常规设计采用图5 的模具结构，在锻造完成后，顶芯将锻件顶出时锻件中心受力，外部法兰跟模具存在脱模力，此时形成一个类似杠杆的原理，但受锻件图纸要求辐板厚度有限，内外力矩导致辐板发生扭曲变形，热镦机高速运转，严重变形后由于传递不准确导致设备报故障，四工位冲孔模具撞坏。不仅产品质量合格率低，设备的停工台时会增加，人工劳动强度会加大，模具消耗也是很大的损失。

扁薄类齿坯辅助脱模机构

根据锻件发生顶出变形的原因分析以及对现有模具结构的剖析，解决锻件顶出变形的切入点就在于如何降低顶出时力矩大的问题。在锻件的法兰面上增加一定的顶出力，这样力矩将大大降低，从而减小顶出过程中的杠杆力矩，进而防止了锻件顶出变形的发生。

图6 是我们开发的扁薄类齿坯锻件的辅助脱模机构。原理说明：凹模环、凹模镶块、顶出环构成锻件的凹模型腔，顶芯是锻件的主要顶出件，顶出力从中间传过来。件1、件2、件3 构成辅助顶出机构(件1-顶出环，件2-传动杆，件3-弹簧)，辅助脱模力由预紧弹簧提供。凹模分块可以使凹模镶块套重复使用，降低模具加工成本。在靠近锻件的外缘处增加辅助顶出机构，无锻件坯料时顶出环通过预紧弹簧顶出6 ～10mm。当有锻件坯料成形时，锻件坯料会将此6 ～10mm 的量顶回到成形位置。成形完成，冲头侧的模具回程。此刻中间顶芯还没起顶出作用，在弹簧的作用下，顶出环会给锻件外缘一个向外顶出的力，用于减小侧壁摩擦力及粘模力，这样中间顶芯顶出时，锻件顶出受到的力矩就会变小，锻件在薄辐板处不会发生变形，从而使锻件尺寸满足要求。

结束语

通过分析锻件发生顶出变形的原因以及剖析现有模具结构，开发出扁薄类齿坯辅助脱模机构，通过弹性复合顶出机构降低锻件顶出时受到的力，很好地解决了扁薄类齿坯锻件顶出时发生的变形问题，与其他改进方案相比，模具结构简单，使用现有模具改制即可，同时可以快速应用到同类产品，有很大的适用性和实用性。目前该结构已经在我公司多种类似产品中推广使用，效果和收益显著。此次改进方案的实施，使我公司产品质量得到了提升，同时提升了市场竞争力、适应了市场的发展需求。