CN110523899B - 一种电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法及模具，属于金属材料塑性加工技术领域。精密热加工方法包括：步骤S01、圆坯加热；步骤S02、预成型组合工艺：第一步为镦粗工艺；第二步为预顶镦成型工艺，第三步为冲孔工艺；步骤S03、闭塞精密挤压成型；步骤S04、整形与修毛刺。该工艺以锻代铸，提高了电磁制动器、离合器磁轭导磁性，更好地满足使用要求；并且锻件尺寸接近成品尺寸，材料的利用达到98％以上。涉及的模具包括上挤压凹模、下挤压凹模和挤压凸模；上挤压凹模和下挤压凹模对接闭合形成的空间为型腔，挤压凸模的下端部设有单环形凸台，型腔的体积等于磁轭毛坯的体积与挤压凸模伸入型腔的体积之和。

Description

一种电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法及模具

技术领域

本发明属于金属材料塑性加工技术领域，更具体地说，涉及一种电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法及模具。

背景技术

电磁制动器、离合器用法兰型磁轭是制动器、离合器的最重要的基础结构件，也是核心部件，产品的结构为圆盘形零件，具体说，其几何特征是中间带有通孔，上方设有环形槽形成的凸台，凸台与底部法兰为一体式，形成有法兰台阶的盘毂零件，且法兰的外环尺寸大于凸台外径，属于盘类轴对称结构零件。磁轭作为制动器、离合器的基础零件(壳体)，通过法兰外连接其他零件，在磁轭环形槽内安装磁感应线圈。在电磁制动器、离合器工作时，通过电磁力吸引衔铁轴向移动，并与衔铁一道构成一个封闭磁场，从而起到在通电、断电状态下的制动或离合功能。在工作中反应快，制动、离合安全可靠，传递力矩大是产品的主要性能指标。而磁轭的导磁性能是决定产品使用性能的主要部件。

目前电磁制动器、离合器用法兰型磁轭的热加工生产方法主要是精密铸造法。而铸造法使产品内含有杂质和缩孔等，导致磁轭的导磁性差；而且现有的模锻方法只适合制造不带法兰盘的环形磁轭。

例如，中国专利申请号为201710034656.9，申请公开日为2017年05月31日的专利申请文件公开了一种高速列车制动盘的精密成形工艺。该专利属于锻造成形技术方法领域，解决了高速列车锻钢制动盘充填困难、精度低、设备需求高等难题。该发明工艺包括下料、加热、镦粗、冲孔、扩孔、梯度加热、开式闭式复合模锻、切边和修毛刺、热处理、机械加工。将制动盘按高度的变化加热到不同温度，将制动盘的散热筋部位对应的模具部分做成单独的下冲头组块，在上模下压完成制动盘主体的开式模锻成形后，下冲头组块向上运动对金属施加压力，完成散热筋部位的闭式模锻成形。该发明不仅材料变形阻力小、易成形，而且材料利用率高、模具寿命高，节约了制造成本，适用于高铁、城轨等制动盘类锻件的大批量生产。但是，该开式复合模锻存在飞边，且不能加工带有薄壁法兰的工件。

再如，中国专利申请号为201210302462.X，申请公开日为2013年10月16日的专利申请文件公开了一种适用于电磁离合器磁轭的加工方法。该专利的加工方法，包括外圆环、内圆环、底垫和连接孔，所述的外圆环、内圆环和底垫由一次冲压成型，所述的连接孔设置在外圆环上。该发明由于采用圆柱形钢饼材料经一次冲压成型，其钢性大大增强，内部无孔隙，有效避免了其工作过程中的漏磁现象，提高了工作效率，延长了电磁离合器的使用寿命，其构造简单，实施方便。但是，该一次冲压成型只适合加工小型且厚度较薄的，且没有法兰的环形磁轭。

又如，中国专利申请号为201711473437.7，申请公开日为2018年06月22日的专利申请文件公开了一种发动机活塞连杆精密热加工方法。该专利的加工方法包括：步骤S101、圆坯加热；步骤S102、精密预成型组合工艺：第一步采用局部镦粗工艺；第二步采用箱式变截面孔型横轧成型工艺；第三步采用压扁方式对轧后的坯料进行压扁成型，获得精密闭塞挤压的毛坯；步骤S103、复动闭塞精密挤压成型。采用精密预成型组合工艺，该工艺包括局部镦粗工艺、箱式变截面孔型横轧成型工艺、压扁和闭塞精密挤压成形工艺，实现了发动机活塞连杆的精密热加工成型，发动机活塞连杆的强度和刚度均满足使用要求，其中发动机活塞连杆的小头、杆身和大头尺寸均接近成品尺寸，材料的利用达到98％以上。但是，该加工方法用于加工轴类发动机活塞连杆，不适合加工环形磁轭。

因此，亟需开发一种电磁制动器、离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法及模具。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术精密铸造法的制造效率较低，工序多，环境较差，且产品的导磁性能较低的问题，本发明提供一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法，通过精密预成型和终锻成型工艺，实现了精密加工成型法兰型磁轭，该方法提高了材料利用率高，制造成本低，实现以锻代铸。

本发明还提供了一种由上述方法得到的电磁制动离合器用法兰型磁轭，减少了磁轭的内部组织缩孔、裂纹等缺陷，提高磁轭产品的导磁性能，增强磁轭的强韧性，提高使用寿命，改善磁轭产品的质量。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的顶镦成型模具，上模座、上凸模、凹模、下凸模、浮动板、下垫板和底座；所述上模座上端固定在压力机滑块上，上模座下端与上凸模的上端固定连接；凹模同心固定连接于下垫板的上方，下垫板固定在底座上，其中，凹模的外径与下垫板的外径相等，凹模的内径大于下垫板的内径；下凸模设于凹模中心位置，并固定在底座上，下凸模用于顶挤工件，使工件中心形成圆形空腔；下凸模与凹模之间配合放置环形的浮动板，浮动板用于脱模时顶出工件；上、下凸模和凹模共同构成封闭的型腔，形成坯料中心带圆形腔、环形的工件。

一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的模具，为挤压模具，包括上挤压凹模、下挤压凹模和挤压凸模；所述上挤压凹模和下挤压凹模对接闭合形成的空间为型腔，所述挤压凸模的下端部设有单环形凸台，其中，挤压凸模配合插入上挤压凹模的型腔内，所述型腔的体积等于磁轭毛坯的体积与挤压凸模伸入型腔的体积之和。

进一步地，所述挤压凸模的上端部固定设置有凸模固定板，凸模固定板连接在压力机的滑块上，用于控制挤压凸模的移动。

一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法，步骤为：首先对磁轭圆坯加热，然后采用预成型组合工艺完成圆坯的体积预分配和中心冲孔，最后采用上述的挤压模具加工出制动器、离合器用磁轭。

进一步地，加工方法按照以下具体步骤进行：

步骤S01、圆坯加热：磁轭圆坯精准下料后，通过加热对磁轭圆坯锻造温度控制在热锻温度范围内，热锻温度为1100～1200℃，其中，所述精准下料为根据所需磁轭锻件的重量，选择同重量的磁轭圆坯；

步骤S02、预成型组合工艺：

第一步采用镦粗工艺，利用压力机将步骤S01加热的圆坯进行镦粗压下，压下量为50～60％；

第二步采用预顶镦成型工艺，利用预顶镦成型模具进行预顶镦成型：将镦粗后的圆坯放置在浮动板上，在中心定位后，由上凸模下行，并在下凸模、凹模和浮动板共同作用下进行顶镦成形，形成坯料中心带圆形腔、环形的工件，完成镦粗坯料的体积预分配；

第三步采用冲孔工艺，将坯料中心的圆形腔连皮冲切，制成空心环形件。

步骤S03、闭塞精密挤压成型：将预成型后的空心环形件放入闭塞的模具中，完成磁轭的近净成型，得到成型磁轭，即为制动器、离合器用磁轭的精密锻件。

进一步地，所述步骤S01中，磁轭圆坯为软磁金属材料，所述软磁金属材料包括纯铁、低碳钢等。

进一步地，所述步骤S01中，加热采用中频感应加热。

进一步地，所述步骤S02中，上凸模用于对工件提供下压力，下凸模用于对工件进行顶挤，浮动板用于工件的出料；由上、下凸模和凹模共同构成封闭的型腔，形成坯料中心带圆形腔、环形的工件。

进一步地，在步骤S03中，将预成型后的空心环形件放入挤压模具的型腔中，再将上挤压凹模和下挤压凹模合成一个整体后，由机械装置锁紧；挤压凸模下行，由挤压凸模对空心环形件进行单向挤压成型，当挤压凸模挤压到下死点时，挤压过程结束；随后挤压凸模上行与成型磁轭分离，同时上挤压凹模和下挤压凹模分开，最后从下挤压凹模的型腔中取出挤压成型磁轭。

进一步地，由于塑性金属的流动性好，挤压成型磁轭的外环由上挤压凹模和挤压凸模之间的空间间隙构成，挤压成型磁轭的内环由挤压凸模端部环形凸台和下挤压凹模配合形成的空间构成，挤压成型磁轭的法兰由上挤压凹模和下挤压凹模的闭合构成。

进一步地，还包括步骤S04、整形与去毛刺：对挤压成型磁轭再进行整形和去毛刺。

进一步地，还包括步骤S05、锻后热处理：将步骤S04中获得的挤压成型磁轭进行去应力退火处理工艺，其中，根据磁轭产品材质和组织性能要求，制定相应的退火热处理工艺，以改善组织性能，消除磁轭产品的内应力，提高导磁性。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法，采用预成型组合工艺和闭塞精密挤压成型，该工艺包括镦粗工艺、顶镦预成型工艺和精密挤压，实现了电磁制动器、离合器法兰型磁轭的精密热加工成型，磁轭的强度和刚度均得到提高；磁轭圆坯精准下料，磁轭几何尺寸均接近成品尺寸，材料的利用达到98％以上。相比现有的铸造，减少铸造不可避免的杂质，使得磁轭产品的导磁性能明显改善；

(2)本发明的电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法，采用感应加热方式，可使圆坯温度迅速加热，且能保证了加热的均匀性，避免产生过热、过烧，圆坯的塑性流动性好，有利于坯料体积的精密分配；

(3)本发明的电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法，闭塞精密挤压成型得到的坯件在进行退火处理，有效改善组织性能；

(4)本发明的电磁制动离合器用法兰型磁轭的挤压模具包括上挤压凹模、下挤压凹模、挤压凸模，其中上挤压凹模、下挤压凹模对接形成型腔，型腔的体积略大于或等于磁轭毛坯的体积及凸模伸入型腔的体积，有效避免挤压模具损坏；

(5)本发明的电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法，实现加工带有法兰的一体化磁轭，其中法兰的厚度可精确加工到5～6mm，克服了普通锻造法不能加工出带有法兰的磁轭的问题。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明电磁制动离合器用法兰型磁轭的剖视图；

图2为本发明电磁制动离合器用法兰型磁轭的俯视图；

图3为本发明电磁制动离合器用法兰型磁轭的立体图；

图4为本发明电磁制动离合器用法兰型磁轭精密热加工方法中磁轭的形状变化图；

图5为本发明预顶镦成型模具的工作原理示意图；

图6为本发明电磁制动离合器用法兰型磁轭模具的结构示意图。

图中标记说明：

1、内环；2、外环；3、法兰；110、上模座；120、上凸模；130、工件；140、凹模；150、下凸模；160、浮动板；170、下垫板；180、底座；210、凸模固定板；220、上挤压凹模；230、下挤压凹模；240、挤压凸模；250、型腔。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的零件和特征由附图标记标识。

本发明电磁制动器、离合器法兰型磁轭如图1、图2和图3所示，制动器、离合器磁轭的高度范围约为20～50mm，包括内环1、外环2和底部的法兰3三部分组成，其中，内环1、外环2的高度范围约为20～50mm，内环1的中心设有直径范围约30～100mm的通孔，内环1的厚度范围约为10～40.0mm，外环2的厚范围度约为5～40mm，内环1和外环2及两者的连接部分构成宽度范围为20～90mm左右的环形凸台，法兰3的厚度范围为4～15mm，连接在外环2的底部。

实施例

结合图4所示，本实施例的电磁制动器、离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法的工艺流程包括下料圆坯、镦粗、镦挤预成型、冲切内孔、精密挤压成型和整形去毛刺等步骤。

具体来说，本实施例的电磁制动器、离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法的步骤为：

步骤S01、圆坯加热：制动、离合器磁轭软磁铁圆坯精确下料后，通过中频感应加热，使软磁铁圆坯的锻造温度控制在热锻温度范围内，热锻温度为1100～1200℃；值得说明的是，圆坯的材质可为任意一种软磁金属材料，也可以使用低碳钢圆坯下料。

步骤S02、预成型组合工艺：

第一步采用镦粗工艺，采用压力机，将步骤S01加热的圆坯进行镦粗压下，压下量为50～60％；

第二步采用预顶镦成型工艺，采用顶镦成型模具将镦粗后的鼓形圆坯进行顶镦处理。

其中，顶镦成型模具整体为圆形模具，如图5所示，包括上模座110、上凸模120、凹模140、下凸模150、浮动板160、下垫板170和底座180；上模座110上端固定在压力机滑块上，上模座110下端与上凸模120的上端固定连接，压力机滑块驱动上模座110的移动，使得上凸模120随之移动；凹模140同心放置于下垫板170的上方，并通过螺栓固定连接，同时螺栓固定下垫板170于底座180上，其中，凹模140的外径与下垫板170的外径相等，凹模140的内径大于下垫板170的内径；下凸模150也与凹模140同心设置，并通过螺栓固定在底座180上，下凸模150用于顶挤工件130，使工件130中心形成圆形空腔；下凸模150与凹模140之间配合放置环形的浮动板160，浮动板160用于脱模时顶出工件130；上、下凸模和凹模140共同构成封闭的型腔，形成坯料中心带圆形腔、环形的工件130。

当进行预顶镦成型工艺的工作时，首先将镦粗后坯料对中放置在浮动板160上，在中心定位后，压力机带动上凸模120下行时，对坯料进行镦挤；上凸模120运行至下死点时，顶镦成型过程结束，其中，由上、下凸模和凹模140、浮动板160组成的型腔构成环形坯料的体积分配空间，且大于坯料的体积；在上凸模120回程时，浮动板160顶出工件130出料，镦粗坯料的体积预分配过程结束。

第三步采用冲孔工艺，将坯料中心的圆形腔连皮冲切，获得空心环件的制坯。

步骤S03、闭塞精密挤压成型：将预成型后的空心环件的制坯放入挤压模具中，进行闭塞精密挤压成型。

如图6所示，挤压模具包括凸模固定板210、上挤压凹模220、下挤压凹模230和挤压凸模240。凸模固定板210一端固定安装在压力机的滑块上，挤压凸模240卡接在凸模固定板210上，压力板驱动凸模固定板210同时使得挤压凸模240移动；挤压凸模240的下端部开设有单环形凸台，其插入型腔250内，与下挤压凹模230配合，用于形成磁轭产品的内环1；上挤压凹模220放置于下挤压凹模230上方，两者之间可拆卸固定连接，实际生产过程中，可使用螺栓固定或其他固定方式；上挤压凹模220和下挤压凹模230对接闭合形成的空间为型腔250，型腔250的体积略大于或等于磁轭毛坯的体积及挤压凸模240伸入型腔250的体积，挤压凸模240插入型腔250内，压制成型电磁制动器、离合器用的法兰型磁轭产品，其中，上挤压凹模220和挤压凸模240配合形成的间隙形成磁轭产品的外环2，下挤压凹模230和挤压凸模240下端的环形凸台配合形成磁轭产品的内环1，上挤压凹模220和下挤压凹模230的闭合构成磁轭产品的法兰3。

具体闭塞精密挤压成型过程为，将预成型后的空心环件的制坯放入精密挤压模具的型腔250中，将上挤压凹模220固定在下挤压凹模230上合成一个整体，同时挤压凸模240下行，由挤压凸模240对空心环形件进行单向挤压成型，当挤压凸模240挤压到下死点时，挤压过程结束。随后挤压凸模240反向上行与成型磁轭分离，同时上挤压凹模220和下挤压凹模230分开，从下挤压凹模230的型腔250中取出挤压成型磁轭。

步骤S105、整形与去毛刺：对成型后的挤压成型磁轭，再进行整形和去毛刺；

步骤S106、热处理：根据产品材质和组织性能要求，进行在线退火热处理工艺，消除内应力，提高导磁性能，得到本实施例的电磁制动器、离合器用法兰型磁轭。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法，其特征在于：按照以下具体步骤进行：

步骤S01、圆坯加热：圆坯料精准下料后，通过加热使锻造温度控制在热锻温度范围内，热锻温度为1100～1200℃，其中，所述圆坯料为软磁金属材料；所述圆坯料精准下料为根据所需磁轭锻件的重量，选择同重量的磁轭圆坯；

步骤S02、预成型组合工艺：

第一步采用镦粗工艺，利用压力机将步骤S01加热的圆坯进行镦粗压下，压下量为50～60％；

第二步采用预顶镦成型工艺，利用预顶镦成型模具进行预顶镦成型：将镦粗后的圆坯放置在浮动板(160)上，中心定位后，由上凸模(120)下行，并在下凸模(150)、凹模(140)和浮动板(160)共同作用下进行顶镦成型，形成坯料中心带圆形腔、环形的工件(130)，完成镦粗坯料环形体积预分配；

第三步采用冲孔工艺，将坯料中心的圆形腔连皮冲切，制成空心环形件；

步骤S03、闭塞精密挤压成型：采用闭塞挤压模具加工出制动器、离合器用法兰型磁轭；其中，所述闭塞挤压模具包括上挤压凹模(220)、下挤压凹模(230)和挤压凸模(240)；所述上挤压凹模(220)和下挤压凹模(230)对接闭合形成的空间为型腔(250)，所述挤压凸模(240)的下端部设有单环形凸台，其中，所述型腔(250)的体积等于磁轭毛坯的体积与挤压凸模(240)伸入型腔(250)的体积之和；

将预成型后的空心环形件放入模具中，进行闭塞精密挤压成型，成型后即为制动器、离合器所用磁轭的精密锻件。

2.根据权利要求1所述的一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法，其特征在于：所述挤压凸模(240)的上端部固定设置有凸模固定板(210)，凸模固定板(210)连接压力机控制挤压凸模(240)的移动。

3.根据权利要求1～2任意一项所述的一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法，其特征在于：在步骤S03中，将预成型后的空心环形件放入模具的型腔(250)中，再将上挤压凹模(220)和下挤压凹模(230)合成一个整体且锁紧后，挤压凸模(240)下行，由挤压凸模(240)对空心环形件进行单向挤压成型，挤压过程结束后，挤压凸模(240)上行与挤压成型磁轭分离，同时上挤压凹模(220)和下挤压凹模(230)分开；最后从下挤压凹模(230)的型腔(250)中取出挤压成型磁轭。

4.根据权利要求3所述的一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法，其特征在于：还包括步骤S04、整形与去毛刺：对挤压成型磁轭再进行整形和去毛刺。

5.根据权利要求4所述的一种电磁制动离合器用法兰型磁轭的精密热加工方法，其特征在于：还包括步骤S05、锻后热处理：将步骤S04中获得的挤压成型磁轭进行在线去应力退火处理工艺。

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