近年來随着汽車輕量化的要求越來越高，汽車零部件對重量的控制也越來越嚴，特别是汽車變速箱中的齒輪随着市場的變化産品結構變的越來越薄，而對于這些薄壁的齒輪因其需求量特别大，因此就需要采用節拍快、生産效率高、尺寸精度高、材料消耗低的高速鍛機來快速響應市場的需求。但産品壁厚變薄後會給高速鍛造工藝帶來一些新的技術挑戰和難題，如最常見的産品法蘭連接處變形，一旦出現産品變形，則無法滿足客戶對于産品質量的要求，而且也往往會因為傳送穩定性問題導緻高速鍛造生産線無法連續生産。所以如何解決薄壁産品法蘭連接處變形問題，從而保證産品質量，成為了我們高速鍛工藝開發人員必須攻克的難關。圖1～3為常規頂出方案工藝及産品。

圖1 采用常規頂出方案易變形的典型産品及工藝

圖2 其他易變形産品

圖3 變形後産品

薄壁齒坯變形原因分析

解決薄壁齒坯産品在高速鍛造中出現的變形問題，首先需要分析引起産品變形的原因，這樣才能确保準确、快速的解決問題。經過分析，目前引起産品在高速鍛造過程中變形的原因（圖4）主要是以下三種情況，第一種是頂出阻力過大，主要是由于預成形設計的不合理引起産品在成形過程中受應力過大，不合理的模具設計包括模具表面粗糙度高、拔模角度設計不合理等。第二種是産品法蘭連接處壁厚太薄強度不足，包括産品有效壁厚尺寸太小、材料強度低等。第三種是受産品結構設計影響，起頂出功能的頂杆與産品的接觸面積相對于産品的橫截面較小，導緻頂出過程中法蘭連接處強度不足，引起産品變形。實際工作中針對前兩種原因，無論是我們對工藝進行優化還是調整模具的過盈量，都隻能解決部分産品的問題，因此我們分析得出，若想能夠真正徹底解決上述問題，還是需要針對第三種情況尋找突破點。

圖4 薄壁齒坯變形原因分析

常規模具頂出方式

常規的設計是産品在高速鍛造後脫模采用頂杆頂出，即采用通過局部頂出的方式脫模(圖5)。在這種情況下，産品在頂杆接觸面位置輸出的頂出力，在外徑處形成一個扭力力矩，而且這個力矩受頂杆直徑和産品直徑的影響，當該力矩超出薄壁處結構強度時産品就會産生扭曲變形，嚴重的甚至可能導緻産品報廢。

圖5 常規模具頂出機構

01-凹模1 02-凹模2 03-凹模墊塊1 04-凹模墊塊2 05-頂出KO

改進後模具頂出方式

針對常規模具頂出方式的弊端，我們的改進思路是改變頂出方式，由原來的局部頂出脫模方式改進為産品整體頂出脫模方式，改進後的頂出方式由于幾乎消除了力臂，所以大大減小了頂出過程的扭曲力矩，進而杜絕了産品變形現象的發生。

頂出方式改進後，産品在頂出過程中除了受頂杆的頂出力以外，在産品與02号後凹模的整個接觸面上還要受到02号後凹模内彈簧提供的頂出力，這樣就确保了頂出過程中産品整體受力，避免了扭曲力矩産生。圖6中圖形分别展示了頂出過程開始時和頂出過程結束時的狀态。

圖6 改進後頂出機構

01-凹模1 02-凹模2 03-凹模襯套 04-頂出彈簧05-凹模墊塊1 06-彈簧墊塊 07-彈簧墊塊2 08-頂出KO 09-沖頭1 10-沖頭2 11-産品

在産品成形過程中，凹模2（編号02）在8個矩形彈簧（編号04）的彈性力作用下開始壓縮一定距離，頂出杆（編号08）開始後退至簡圖上半部分所示位置；當産品在成形後沖頭後退過程中，頂出杆（編号08）和8個矩形彈簧一起輸出頂出力，将産品整體向前推，直至産品脫離凹模1達到規定脫模距離，由于新結構部分使得頂出力的力臂大大縮短了，産品脫模過程中受到的力矩大幅度減小，從而在頂出過程中産品能夠順利脫模，繼而避免了薄壁齒坯法蘭變形的情況。

總結

該解決方案通過增加彈性頂出機構，增加了薄壁産品頂出面積，降低了因産品特殊結構帶來的頂出過程産生的力矩，很好的解決了薄壁産品在頂出過程中容易産生變形的問題，且與其他改進方案相比該結構受産品結構、材料強度和其他限制較小，對薄壁類産品具有一定的普适性。目前該方案已在我公司多條高速鍛造生産線上推廣使用，并且取得了很好的應用效果，此次改進方案的實施，使我公司産品質量得到了提升，同時适應了市場的發展需求。

——本文節選自《鍛造與沖壓》2019年第5期。

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