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汽车发电机爪极锻造工艺研究

网站编辑: │ 发表时间:2020-09-29 15:00:43 


摘 要: 针对爪极零件特点,在分析爪极各种锻造工艺的基础上,制定了爪极锻造成形新工艺:闭式热模锻分流正挤成形。 采用专用模具进行了新工艺的实验研究,结果表明,新工艺与模具设计合理准确。

       汽车发电机爪极,又称磁极,在发电机中成对使用,是用来形成旋转磁场的主要元件  。 采用铸造方法成形,虽然形状满足要求,但其电磁性能较差;采用冲压方法成形,工序繁琐,材料利用率低,电磁性能也较差 , 且只能做薄板类爪极,受到很大限制;因此逐步改为锻造方法进行成形。 如图 1 所示, 零件形状十分复杂,其外围均布六个锥形尖爪,而且精度要求高,锻造成形六个尖爪相当困难,这就是爪极锻造的关键技术难点。 目前国内已开发出好几种锻造工艺,但大多工艺流程长、生产效率低、成本高,且质量不易保证,难以适应市场需要,所以开发爪极生产新工艺对汽车制造业的发展有重要意义。

1 材料选择

       汽车用发电机爪极是用来形成旋转磁场的主要元件, 其电磁性能和结构形状直接影响到发电机的发电能力和感生电动势的波形。 为使发电机的感生电动势近似正弦波形并能输出较大功率, 爪极材料选用磁性好的材料  。 因为电磁纯铁的价格昂贵,锻造温度范围较小,切削性能差,不易进行机械加工,因而生产成本高, 故改用电磁性能好的低碳钢 (08钢 ) 制造爪极。

2 锻造工艺

2.1 热锻冷精整成形

       该方法是在锻锤或压力机上使用开式模锻的方法锻压成形,再经切边、清理而成。其工艺流程为:下料 → 加热 → 镦粗 → 预锻 → 终锻 → 冲孔 → 切边 → 退火→ 磷化皂化 → 冷精整。 为了降低变形力和提高材料的变形能力, 一般采用热锻成形, 然后再进行冷精压。 在热锻和冷整工步之间需加入热处理、吹沙、磷化皂化处理等辅助工步。 该工艺的优点是成形方便且制件组织性能得到显著改善,缺点是模锻、切边、精整工序多,工时、材料和模具的消耗很大。 而且虽然采用热锻工艺,材料的屈服应力降低,但由于爪极零件形状复杂, 爪部尖端难以充满, 仍需要很大载荷。 所以该工艺对于爪极零件的生产并不理想。

2.2 温锻冷锻联合工艺

       这种工艺能够充分发挥温锻和冷锻的特点,在一定程度上代表了塑性加工的发展方向。 其工艺流程为: 下料 → 加热 → 镦头 → 径向挤压 → 镦头 → 切边→ 磷化皂化 → 冲孔 → 弯曲 → 冲孔 → 精压。 该工艺不仅显著降低了变形抗力,而且减少了氧化效果,另外引进了板料成形中的压弯工艺, 大大降低了成形难度;最后采用冷精整成形,保证了零件的表面质量和精度要求。但是,压弯工艺将受到材料最小弯曲半径的限制,如果弯曲半径过小,则容易在零件的腹板端部形成裂纹;如果弯曲半径过大,则增加了下一步整形工序的变形程度。而且从整个工艺过程来说,工序较多,有待改进。

2.3 高速温挤成形

       提出了爪极的高速温挤压成形工艺,工艺流程简述如下:下料 → 加热 → 高速挤压,加热温度为 700~750℃ 。 该工艺的优点在于采用温挤压高速成形,加热温度低,氧化皮少,尺寸精度较高。 但该工艺属于开式模锻,高速温挤成形后仍需要切边和冷精整工艺; 其采用温锻来减少氧化皮, 但由于温度不够高, 虽然采用6000mm/s 的成形速度, 但由于一次成形的变形量很大,导致成形载荷非常高,模具使用寿命很低。 另

外,该工艺温挤完后再放入圆形顶块,通过上下推杆推动上下杠杆顶出挤压件,使得模具结构较为复杂,工作效率低。总体而言,该工艺可行较高,但料耗大,模具结构复杂,成形载荷很高,模具寿命低。

2.4 闭塞挤压成形

      提出了闭塞挤压成形工艺, 其工艺流程为:下料 → 镦粗 → 闭塞式侧向挤压 (950℃)→ 开式精压 → 切边。其采用闭塞温挤预成形,具有一定的新颖性和先进性, 采用闭塞挤压在很大程度上减小了挤压力, 采用温挤成形降低了材料的变形抗力和氧化效果。 但由于挤压冲头直径受到爪极零件凸台直径的限制,使得该冲头直径较小,冲头单位面积受力较大,容易镦粗失效,对冲头材料要求较高。同时,需要专用模架提供合模,工作过程中先合模再挤压,工作效率较低。因此,该工艺对于大批量生产爪极也不理想。


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