CN106890915A - 一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法：1)加工工艺及模具设计；2)步骤1)中的成形模具的加工制造；3)产品试制；4)爪极毛坯的批量生产；本发明实现了通过一台热模锻机上连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步完成爪极毛坯的高效、批量稳定生产。一方面，在切边时无需额外的曲柄压力机，且无需通过传送带传送工件，极大的提高了生产效率，减少生产周期且节约有限的资源；另一方面，在产品试制过程中设计了控制产品质量稳定性的关键工艺条件，使得本发明能够提高模具和设备的使用寿命，进而提高产品质量稳定性。

Description

一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法

技术领域

本发明涉及爪极加工制造领域，具体为一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法。

背景技术

爪极是汽车交流发电机转子总成中的核心零件，其主要作用是将转子中励磁线圈产生轴向磁场转化为径向磁场，从而使得转子旋转时获得沿空间三维分布的交变磁场，该交变磁场相对定子运动产生交流电，因而汽车发电机爪极有时也被称作汽车发电机磁极。

由于爪极零件的制造工艺分为很多种，但爪极结构复杂且关键装配部位尺寸的精度要求很高，为了减少后续精加工或者半精加工的余量，目前绝大部分爪极零件的制造工艺都会包括预制坯处理的步骤，以降低制造成本，适应于产业化生产。如江苏龙城精锻有限公司在中国专利文献中公开了一种汽车发电机用爪极及其制造工艺[公开号：CN1772413]，其工艺步骤为a.下料；b.加热；c.镦粗；d.预锻；e.精锻；f.切边；g.磁性退火；h.冷整形；武汉理工大学在在中国专利文献中公开了一种发电机磁极精锻成形的方法[公开号：CN1935408A]，其步骤为a.原材料下料；b.预锻；c.精锻；d.切边；e.机械加工；西安交通大学在中国专利文献中公开了一种汽车用发电机爪极成形工艺[公开号：CN102179464A]，其步骤为a.下料；b.加热；c.径向镦挤；d.反挤；e.机加工；台州职业技术学院在中国专利文献中公开了一种汽车发电机爪极及其制造工艺，其步骤为a.毛坯成型；b.热处理；c.整形；d.磷皂化；e.冷整形一；f.冷整形二；g.精加工。

在上述爪极零件的制坯工艺中多采用热模锻预制坯，变形工步为一步或多步。与本发明最接近的实现方案为中国专利文献中一种汽车发电机用爪极及其制造工艺[公开号CN1772413]公开的技术方案，具体工艺步骤为a.下料；b.加热；c.镦粗；d.预锻；e.精锻；f.切边；g.磁性退火；h.冷整形，该专利公开的工艺步骤中制坯的变形工步实际也为四工步，包括墩粗、预锻、精锻、切边。

现有的爪极四工步热模锻方法，在批量制坯生产时墩粗、预锻、精锻和切边四个工步采用两台设备实现，其中墩粗、预锻、精锻这三个工步采用一台热模锻机完成，精锻完成后的工件通过传输带转移至一台曲柄压力机上完成切边，这种加工方法具有很大的缺陷：1)工件转移的过程会增加工件加工的周期时间，浪费不必要的资源；2)工件在精锻完成后再转移另外一套设备进行切边，导致生产效率低下，等同于增加了加工成本；3)在批量制坯生产时由于关键工艺参数条件设计不合理，经常引起模具和设备异常失效，进一步导致产品尺寸波动大，质量稳定性极低。

因此，为了解决上述技术问题，本申请提出了一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，极大提高了爪极四工步热模锻批量制坯时的生产效率和稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)加工工艺及模具设计：根据所要获得的爪极毛坯要求，设计出一种适用于经过一次加热后能够在一台模锻机上连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步的爪极毛坯成形工艺以及相配套使用的成形模具；

2)步骤1)中的成形模具的加工制造：加工完成爪极毛坯成形模具的关键组件，包括配套模架和模块的加工制造；

3)产品试制：将步骤2)中制造完成的成形模具安装至一台安装好的四工位热模锻机上并通过调节模锻机参数试制出至少1件爪极毛坯样件；步骤3)完成的三个判定条件为：a、爪极毛坯样件形状尺寸符合所要获得的爪极毛坯要求；b、预锻工步和精锻工步的模锻吨位差值不超过100吨；c、预锻工步和精锻工步模锻吨位中的较大值不超过热模锻机公称压力的80％；若上述三个判定条件未同时满足则返回步骤1)，按照先后顺序重新进行步骤2)和步骤3)；当三个判定条件同时满足后方可进入下一加工步骤；

4)爪极毛坯的批量生产：将加热好的若干个爪极坯料采用人工或者自动化方式按顺序转移到步骤3)中所述的四工位热模锻机上，连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步，冷却后即可获得所需的若干个合格的爪极毛坯；

其中，在所述步骤1)中需要控制的工艺参数包括原材料规格、下料方法、锻前加热方法、锻造时间、润滑方法、模锻机规格以及变形工步尺寸，模具设计包括成形模具的结构；所述锻前加热方法为中频感应加热，加热温度为1200±50℃；锻造时间为从墩坯开始到切边结束的全部时间，时长为4-8s；润滑方法采用润滑剂喷淋装置进行人工或自动润滑，润滑频率为每1-2s润滑1次。

进一步，所述原材料为直径40-70mm且含碳量低于0.1％的超低碳棒料体。

进一步，所述下料方法为采用断料机剪切下料，下料重量为所需爪极毛坯重量的1.02-1.05倍；所述变形工步尺寸包括墩坯工步尺寸、预锻工步尺寸、精锻工步尺寸和切边工步尺寸。

进一步，所述成形模具包括上模架、下模架、墩坯上模块、墩坯下模块、预锻上模块、预锻下模块、精锻上模块、精锻下模块、切边上模块和切边下模块；所述成形模具装配后的结构为：上模架安装在热模锻机的工作台的上方，下模架安装在热模锻机的工作台的下方，上模架和下模架上下对应；墩坯上模块、预锻上模块、精锻上模块和切边上模块从左往右依次安装在上模架上，且墩坯上模块、预锻上模块、精锻上模块和切边上模块分别固定在热模锻机上的墩坯工位、预锻工位、精锻工位和切边工位上，墩坯下模块、预锻下模块、精锻下模块和切边下模块从左往右依次安装在下模架上，且墩坯上模块、预锻上模块、精锻上模块和切边上模块分别和墩坯下模块、预锻下模块、精锻下模块和切边下模块一一上下对应。

更进一步，所述预锻上模块和预锻下模块合模后高度与精锻上模块和精锻下模块合模后高度的差值不超过2mm。

更进一步，所述的预锻上模块、预锻下模块、精锻上模块和精锻下模块的飞边流道均为花形结构，飞边桥部长度为3.5-7mm，台阶高度为3-7mm。

本发明还提供一种爪极毛坯，该爪极毛坯为经上述加工方法后产生的爪极毛坯。

进一步，所述爪极毛坯为一体化结构，包括凸台、底座和爪部，凸台安装在底座上，爪部安装在底座的边缘上，所述爪部由若干个尖爪组成且尖爪均匀分布在底座的边缘圆周方向上；所述底座上表面和下表面的平行度不超过0.25，所述爪部的外圆面和凸台的外圆面同轴度不超过0.4。

更进一步，所述爪部由6个尖爪组成。

本发明的有益效果是：本发明通过优化传统的生产工艺以及模具的改进，确定了一组适用于爪极四工步热模锻制坯的工艺及模具结构的关键技术参数，包括原材料规格、下料方法、锻前加热方法、锻造时间、润滑方法、模锻机规格、变形工步尺寸以及成形模具的结构，本发明实现了通过一台热模锻机上连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步完成爪极毛坯的高效、批量稳定生产。一方面，在切边时无需额外的曲柄压力机，且无需通过传送带传送工件，极大的提高了生产效率，减少生产周期且节约有限的资源，省略了传统锻造工艺中切边使用的曲柄压力机，节省了设备上的成本，消除了生产过程中因曲柄压力机出现故障中断生产的缺陷；另一方面，在产品试制过程中采用上述关键的技术参数并对其严格控制，可以减少后续工艺及模具测试的次数，极大的降低了产品试制的成本，使得本发明能够提高模具和设备的使用寿命，进而提高产品质量稳定性。在本发明中确定了爪极四工步热模锻制坯能否实现稳定批量生产的3个关键判定条件，通过这3个关键条件的判断能够避免盲目的批量生产，提高了爪极四工步热模锻批量制坯时生产的稳定性，间接提高了模具使用寿命及产品质量稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的方法流程示意图；

图2是本发明中成形模具的装配结构示意图；

图3是本发明中飞边流道的结构示意图；

图4是本发明中爪极毛坯的结构示意图；

图5是实施例2中原材料的结构示意图；

图6是实施例2中下料完成后的结构示意图；

图7是实施例2中墩坯至切边四个变形工步的流程图；

图中：11.上模架；12.下模架；13.墩坯上模块；14.墩坯下模块；15.预锻上模块；16.预锻下模块；17.精锻上模块；18.精锻下模块；19.切边上模块；110.切边下模块；2.凸台；3.底座；4.爪部；41.尖爪。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1：如图1所示，一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，包括以下步骤：

1)加工工艺及模具设计：根据所要获得的爪极毛坯要求，设计出一种适用于经过一次加热后能够在一台模锻机上连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步的爪极毛坯成形工艺以及相配套使用的成形模具；

2)步骤1)中的成形模具的加工制造：加工完成爪极毛坯成形模具的关键组件，包括配套模架和模块的加工制造；

3)产品试制：将步骤2)中制造完成的成形模具安装至一台安装好的四工位热模锻机上并通过调节模锻机参数试制出至少1件爪极毛坯样件；步骤3)完成的三个判定条件为：a、爪极毛坯样件形状尺寸符合所要获得的爪极毛坯要求；b、预锻工步和精锻工步的模锻吨位差值不超过100吨；c、预锻工步和精锻工步模锻吨位中的较大值不超过热模锻机公称压力的80％；若上述三个判定条件未同时满足则返回步骤1)，按照先后顺序重新进行步骤2)和步骤3)；当三个判定条件同时满足后方可进入下一加工步骤；

4)爪极毛坯的批量生产：将加热好的若干个爪极坯料采用人工或者自动化方式按顺序转移到步骤3)中所述的四工位热模锻机上，连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步，冷却后即可获得所需的若干个合格的爪极毛坯；

其中，在所述步骤1)中需要控制的几个关键工艺参数包括原材料规格、下料方法、锻前加热方法、锻造时间、润滑方法、模锻机规格以及变形工步尺寸，模具的设计主要是设计成形模具的结构；所述原材料为直径40-70mm且含碳量低于0.1％的超低碳棒料体；所述下料方法为采用断料机剪切下料，下料重量为所需爪极毛坯重量的1.02-1.05倍；所述锻前加热方法为中频感应加热，加热温度为1200±50℃；锻造时间为从墩坯开始到切边结束的全部时间，时长为4-8s；润滑方法采用润滑剂喷淋装置进行人工或自动润滑，润滑频率为每1-2s润滑1次；所述模锻机规格为有足够空间依次安装四个工位包括墩坯工位、预锻工位、精锻工位和切边工位的普通热模锻机，公称压力为800-3000t；所述变形工步尺寸包括墩坯工步尺寸、预锻工步尺寸、终锻工步尺寸和切边工步尺寸四个尺寸，严格按照工艺文件上制定的尺寸进行控制。

如图2所示，和上述工艺方法配套的成形模具包括上模架11、下模架12、墩坯上模块13、墩坯下模块14、预锻上模块15、预锻下模块16、精锻上模块17、精锻下模块18、切边上模块19和切边下模块110，装配后，上模架11安装在热模锻机的工作台的上方，下模架12安装在热模锻机的工作台的下方，上模架11和下模架12上下对应，上模架11和下模架12的长宽高均相同；墩坯上模块13、预锻上模块15、精锻上模块17和切边上模块19从左往右依次安装在上模架11上，且墩坯上模块13、预锻上模块15、精锻上模块17和切边上模块19分别固定在热模锻机上的墩坯工位、预锻工位、精锻工位和切边工位上，墩坯下模块14、预锻下模块16、精锻下模块18和切边下模块110从左往右依次安装在下模架12上，且墩坯上模块13、预锻上模块15、精锻上模块17和切边上模块19分别和墩坯下模块14、预锻下模块16、精锻下模块18和切边下模块110一一上下对应，即墩坯下模块14位于墩坯上模块13的正下方，其余模块依次类推；在爪极毛坯的生产过程中，由安装在一台热模锻机上的四副配套的模具即可依次实现墩坯、预锻、精锻和切边四个工艺步骤；

其中，所述预锻上模块15和预锻下模块16在合模后高度与精锻上模块17和精锻下模块18合模后高度的差值不超过2mm；如图3所示，所述的预锻上模块15、预锻下模块16、精锻上模块17和精锻下模块18的飞边流道均为花形结构，飞边桥部长度为3.5-7mm，台阶高度为3-7mm。。

本发明还涉及一种爪极毛坯，该爪极毛坯为经上述四工步热模锻方法加工的爪极毛坯。如图4所示，所述爪极毛坯包括凸台2、底座3和爪部4，凸台2安装在底座3上，爪部4安装在底座3的边缘上，所述爪部4由若干个尖爪41组成且尖爪41均匀分布在底座3的边缘圆周方向上；所述爪部4由4-11个尖爪41组成。所述的爪极毛坯底座3的上表面和下表面的平行度不超过0.25，爪部4的外圆面和凸台2的外圆面同轴度不超过0.4，爪部4的上表面有出气孔印记，无毛刺、折叠、冲不满等模锻缺陷。

实施例2：如图5所示，本实施例中以原材料为08钢，直径为50mm的长棒料为例说明；下料方法采用断料机剪切下料，下料重量为1020g-1050g，下好的坯料形状如图6所示；锻前加热采用中频炉感应炉加热，加热温度为1200℃±50℃；润滑方法采用自动喷淋装置自动喷淋水基石墨润滑剂，润滑的频率为1s润滑1次；热模锻机采用最大公称压力为1300t的多工位热模锻机，模锻机工作台长1000mm，宽600mm，足够布置4个工位；从墩坯开始到切边结束的时长为6s；墩坯至切边四个变形工步的流程图如图7所示。以上为加工工艺中的关键工艺参数的设定。

成形模具制造：完成爪极毛坯成形模具的关键组件，配套模架和各个模块的制造，简单装配后获得一套完整的爪极毛坯成形模具。其中所述的预锻上模块15、预锻下模块16、精锻上模块17和精锻下模块18的飞边流道均为花形结构，飞边桥部长度为3.5mm，台阶高度为4mm，其中预锻上模块15和预锻下模块16合模后高度为220mm，精锻上模块17和精锻下模块18合模后高度为220mm，二者差值为0。

产品试制：将制造完成的成形模具安装至前述的一台安装好的四工位热模锻机上并通过调节模锻机自身的参数试制出至少1件爪极毛坯样件。试制成功的3个判定条件为：a、爪极毛坯样件形状尺寸符合要求；b、预锻工步和终锻工步的模锻吨位差值不超过100t；c、预锻工步和终锻工步模锻吨位中的较大值不超过热模锻机公称压力的80％；若3个判定条件未同时满足则返回最初状态，再按照先后顺序重新进行模具制造和产品试制，3个判定条件同时满足后方可进入批量生产阶段。通过热模锻机上的力传感器显示面板获得的预锻吨位980t,精锻吨位950t，预锻工步和精锻工步的模锻吨位差值为30t，符合预锻工步和精锻工步的模锻吨位差值不超过100t的要求；预锻工步和精锻工步模锻吨位中的较大值不超过热模锻机公称压力的80％为1040t，980t小于1040t，符合预锻工步和精锻工步模锻吨位中的较大值不超过热模锻机公称压力的80％的要求；本实施例中试模时同时满足3个判定条件，因此可以直接进入批量生产阶段。

爪极毛坯的批量生产：将加热好的若干坯料采用人工或者自动化装置按顺序转移到四工位热模锻机上，连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步，冷却后逐一传输至料框即可获得所需的合格爪极毛坯。

一种通过上述的四工步热模锻方法生产出来的爪极毛坯，所述毛坯为一体化结构，包含凸台2、底座3和爪部4三部分结构特征，所述爪部4由沿着底座边缘均匀分布的尖爪41构成，尖爪41的数量为6个，爪极毛坯底座3的上表面和下表面的平行度不超过0.25，爪部4的外圆面和凸台2的外圆面同轴度不超过0.4。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)加工工艺及模具设计：根据所要获得的爪极毛坯要求，设计出一种适用于经过一次加热后能够在一台模锻机上连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步的爪极毛坯成形工艺以及相配套使用的成形模具；

2)步骤1)中的成形模具的加工制造：加工完成爪极毛坯成形模具的关键组件，包括配套模架和模块的加工制造；

3)产品试制：将步骤2)中制造完成的成形模具安装至一台安装好的四工位热模锻机上并通过调节模锻机参数试制出至少1件爪极毛坯样件；步骤3)完成的三个工艺判定条件为：a、爪极毛坯样件形状尺寸符合所要获得的爪极毛坯要求；b、预锻工步和精锻工步的模锻吨位差值不超过100吨；c、预锻工步和精锻工步模锻吨位中的较大值不超过热模锻机公称压力的80％；若上述三个判定条件未同时满足则返回步骤1)，按照先后顺序重新进行步骤2)和步骤3)；当三个判定条件同时满足后方可进入下一加工步骤；

4)爪极毛坯的批量生产：将加热好的若干个爪极坯料采用人工或者自动化方式按顺序转移到步骤3)中所述的四工位热模锻机上，连续完成墩坯、预锻、精锻和切边四个工步，冷却后即可获得所需的若干个合格的爪极毛坯；

其中，在所述步骤1)中需要控制的工艺参数包括原材料规格、下料方法、锻前加热方法、锻造时间、润滑方法、模锻机规格以及变形工步尺寸，模具设计包括成形模具的结构；所述锻前加热方法为中频感应加热，加热温度为1200±50℃；锻造时间为从墩坯开始到切边结束的全部时间，时长为4-8s；润滑方法采用润滑剂喷淋装置进行人工或自动润滑，润滑频率为每1-2s润滑1次。

2.如权利要求1所述的一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，其特征在于：所述原材料为直径40-70mm且含碳量低于0.1％的超低碳棒料体。

3.如权利要求1所述的一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，其特征在于：所述下料方法为采用断料机剪切下料，下料重量为所需爪极毛坯重量的1.02-1.05倍；所述变形工步尺寸包括墩坯工步尺寸、预锻工步尺寸、精锻工步尺寸和切边工步尺寸。

4.如权利要求1所述的一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，其特征在于：所述成形模具包括上模架(11)、下模架(12)、墩坯上模块(13)、墩坯下模块(14)、预锻上模块(15)、预锻下模块(16)、精锻上模块(17)、精锻下模块(18)、切边上模块(19)和切边下模块(110)；所述成形模具装配后的结构为：上模架(11)安装在热模锻机的工作台的上方，下模架(12)安装在热模锻机的工作台的下方，上模架(11)和下模架(12)上下对应；墩坯上模块(13)、预锻上模块(15)、精锻上模块(17)和切边上模块(19)从左往右依次安装在上模架(11)上，且墩坯上模块(13)、预锻上模块(15)、精锻上模块(17)和切边上模块(19)分别固定在热模锻机上的墩坯工位、预锻工位、精锻工位和切边工位上，墩坯下模块(14)、预锻下模块(16)、精锻下模块(18)和切边下模块(110)从左往右依次安装在下模架(12)上，且墩坯上模块(13)、预锻上模块(15)、精锻上模块(17)和切边上模块(19)分别和墩坯下模块(14)、预锻下模块(16)、精锻下模块(18)和切边下模块(110)一一上下对应。

5.如权利要求4所述的一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，其特征在于：所述预锻上模块(15)和预锻下模块(16)合模后高度与精锻上模块(17)和精锻下模块(18)合模后高度的差值不超过2mm。

6.如权利要求4所述的一种加工爪极毛坯的四工步热模锻方法，其特征在于：所述的预锻上模块(15)、预锻下模块(16)、精锻上模块(17)和精锻下模块(18)的飞边流道均为花形结构，飞边桥部长度为3.5-7mm，台阶高度为3-7mm。

7.一种爪极毛坯，该爪极毛坯为经权利要求1-6中任一项所述的加工方法加工的爪极毛坯。

8.如权利要求7中所述的一种爪极毛坯，其特征在于：所述爪极毛坯为一体化结构，包括凸台(1)、底座(2)和爪部(3)，凸台(1)安装在底座(2)上，爪部(3)安装在底座(2)的边缘上，所述爪部(3)由若干个尖爪(31)组成且尖爪(31)均匀分布在底座(2)的边缘圆周方向上；所述底座(2)上表面和下表面的平行度不超过0.25，所述爪部(3)的外圆面和凸台(1)的外圆面同轴度不超过0.4。

9.如权利要求8中所述的一种爪极毛坯，其特征在于：所述爪部(3)由6个尖爪(31)组成。