CN113020537B - 一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，包括如下步骤：步骤100、利用中频感应加热的方式对坯料进行阶梯式加热，直至达到锻造目标温度，将熔融状态中达到预设温度的部分制成坯料，将熔融状态中未达到预设温度的部分分流至待处理框；步骤200、通过制坯模对坯料进行凹孔定位的初锻，在坯料的表面形成与闭式模锻相配合的定位凸起，以制得预制坯；步骤300通过基于分体式模具的闭式模锻对预制坯进行终锻，以制得锻件；步骤400、在锻件未冷却时对锻件进行冲孔。本发明通过闭式模锻的方式对零件进行锻造，在能够满足后续加工的条件下对零件进行锻件设计，即可无飞边地进行闭式模锻，这样降低了材料重量，也提高了锻件的合格率从而达到降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺。
背景技术
在产品日益同质化的今天，随着中国汽车市场逐渐走向饱和，价格竞争成为各企业产品之间的主要竞争手段，成本控制能力成为制约企业价格竞争的主要问题。降低价值链各环节的成本，成为各汽车企业降本增效的必由之道。而平衡环是电动汽车电机的重要组成零件，他的主要功能是通过与电机转子的连接从而起到动平衡的作用，可有效保障高速旋转时的平衡稳定性。平衡环主要材质为304不锈钢；304不锈钢用途广泛，具有良好的耐腐蚀性，耐热性，低温强度和机械特性；冲压弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（无磁性，使用温度-196°C~800°C）。
目前主要的制作工艺通常为：铸造；但是现有铸造，工艺较为复杂，合格率较低，减少报废成本较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，以解决现有技术中工艺较为复杂，合格率较低，减少报废成本较大的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，包括如下步骤：步骤100、利用中频感应加热的方式对坯料进行阶梯式加热，直至达到锻造目标温度，将熔融状态中达到预设温度的部分制成坯料，将熔融状态中未达到预设温度的部分分流至待处理框；步骤200、通过制坯模对坯料进行凹孔定位的初锻，在坯料的表面形成与闭式模锻相配合的定位凸起，以制得预制坯；步骤300、通过基于分体式模具的闭式模锻对预制坯进行终锻，以制得锻件，所述分体式模具包括用于盛放预制坯的下模座、以及用于挤压所述下模座内预制坯的上模座；在所述下模座中开设有用于容纳预制坯的内腔，在所述上模座上通过螺栓固定安装有用于在所述内腔中直线滑动的上模芯，在所述内腔中设置有用于与预制坯的定位凸起相吻合的定位凹槽，在所述内腔的底端嵌套有下模芯，所述定位凹槽开设于所述下模芯上，在所述下模芯上设置有用于在预制坯完成锻造时自动连同所述下模芯将锻件一同顶出的顶杆；步骤400、在锻件未冷却时对锻件进行冲孔；在所述下模芯与所述内腔之间设置有辅助气推组件，在所述下模芯上安装用于防止所述顶杆弯曲的动态导向组件；所述辅助气推组件包括开设于所述内腔的环形滑槽，在所述环形滑槽可直线滑动地嵌套安装有环形托体，在所述环形托体与所述环形滑槽之间形成有推动气腔，所述推动气腔与外部气压泵连接；在所述下模芯上开设有密封圆槽，在所述密封圆槽内可直线滑动地嵌套安装有气动圆盘，在所述气动圆盘与所述密封圆槽之间形成有缓冲气腔，所述顶杆的顶端固定连接在所述气动圆盘上，在所述顶杆上开设有用于在锻造结束使所述推动气腔和所述缓冲气腔连通的第一连通气道，在所述气动圆盘上开设有变形槽；所述动态导向组件包括固定安装在所述气动圆盘与所述下模座之间的伸缩套杆，所述伸缩套杆由多根相互嵌套的导向筒组成，且相邻所述导向筒的滑动摩擦力均从外侧至内侧逐渐降低，在所述导向筒上开设有多个密封承托槽，在所述密封承托槽内可横向滑动地嵌套有多个导向柱，所述密封承托槽与所述导向柱之间形成有导向气腔，所述导向气腔通过第二连通气道与所述推动气腔连通；在锻件锻造结束后，通过使得推动气腔内产生高压状态，从而驱动环形托体向上顶起下模芯；在推动气腔内产生高压状态的同时，推动气腔内气体通过第一连通气道与缓冲气腔连通，从而使得缓冲气腔也产生高压状态，而缓冲气腔的高压状态会随着顶杆的上升而保持，此时第一连通气道的底端无法进行排气直至第一连通气道与伸缩套杆内腔连通；通过缓冲气腔缓解顶杆与气动圆盘之间直接作用力，通过变形槽使得气动圆盘可发生一定程度的形变，从而吸收顶杆由于非直线运动产生的偏转力；通过相邻所述导向筒的滑动摩擦力均从外侧至内侧逐渐降低，使得导向筒逐个进行滑动，从而使得导向筒上的导向柱抵触在顶杆表面。
作为本发明的一种优选方案，在进行步骤100之前，对坯料进行预处理，具体方式为：通过体积不变原则计算坯料的初始长度进行下料。
作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，制成坯料的具体过程为：首先，按1.5%的缩放设计制成坯模，并且在坯模中心设置一个凹陷，将熔融状态中达到预设温度的坯料引流至坯模中，然后冷却定型形成预制坯。
作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，进行阶梯式加热具体包括：在加热温度处于800°C以下以0.3～0.5mm/min的速率进行加热，直至坯料的温度达到920°C，后进行快速加热10～20min。
作为本发明的一种优选方案，在所述下模座的顶端通过销钉固定安装有用于承受预制坯挤压时沿水平面产生的作用力的中间连接板。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明通过闭式模锻的方式对零件进行锻造，在能够满足后续加工的条件下对零件进行锻件设计，采用单边余量1mm，即可无飞边地进行闭式模锻，这样降低了材料重量，也提高了锻件的合格率从而达到降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例中整体的结构示意图；
图2为本发明实施例中下模座的截面图；
图3为本发明实施例中导向筒的结构示意图。
图中的标号分别表示如下：
1-上模座；2-上模芯；3-中间连接板；4-下模芯；5-下模座；6-顶杆；7-内腔；8-定位凹槽；9-辅助气推组件；10-动态导向组件
91-环形滑槽；92-环形托体；93-推动气腔；94-变形槽；95-密封圆槽；96-气动圆盘；97-缓冲气腔；98-第一连通气道；
101-导向筒；102-密封承托槽；103-导向柱；104-导向气腔；105-第二连通气道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，包括如下步骤：
步骤100、利用中频感应加热的方式对坯料进行阶梯式加热，直至达到锻造目标温度，将熔融状态中达到预设温度的部分制成坯料，将熔融状态中未达到预设温度的部分分流至待处理框；
步骤200、通过制坯模对坯料进行凹孔定位的初锻，在坯料的表面形成与闭式模锻相配合的定位凸起，以制得预制坯；
步骤300通过基于分体式模具的闭式模锻对预制坯进行终锻，以制得锻件；
步骤400、在锻件未冷却时对锻件进行冲孔。
为节省机加工成本，锻件中心冲孔，冲孔采用热冲；锻造结束后即可冲孔，在一个节拍下完成一个锻件的生产。
其中在进行步骤100之前，对坯料进行预处理，具体方式为：
采用高速圆盘锯将坯料以按照标准坯料在闭式模锻的终锻后的形变量大于12%-30%确定坯料的初始直径，通过体积不变原则计算坯料的初始长度进行下料。
由于采用闭式模锻工艺进行制作，所以需要严格控制坯料的规格和尺寸，太大会导柱模具开裂失效；太小锻件不能充满。故采用高速圆盘锯进行下料，长度误差＜0.5mm，端面平整＜0.5°。每日产量可达2000件。
其中，在步骤200中，制成坯料的具体过程为：
首先，按1.5%的缩放设计制成坯模，并且在坯模中心设置一个凹陷，将熔融状态中达到预设温度的坯料引流至坯模中，然后冷却定型形成预制坯。
闭式模锻的特点是无飞边，但对材料的规格尺寸及在锻造时坯料和模具的定位需精确的控制。所以增加在锻造前增加制坯工序，利用制坯模先对坯料进行定位。不锈钢的热膨胀系数比一般钢材的膨胀系数要大一点，按1.5%的缩放设计制坯模，制坯模在圆心中间做凹陷下去的小孔，这样锻造出来的坯料就带有小凸起，在终锻时将小凸起放入模具型腔内，这样就很好的解决了定位的问题。
其中，在步骤100中，进行阶梯式加热具体包括：
在加热温度处于800°C以下以0.3～0.5mm/min的速率进行加热，直至坯料的温度达到920°C，后进行快速加热10～20min。
为确保耐蚀性，加热时应严格避免渗碳，因此奥氏体不锈钢不宜在还原性气氛或过分氧化气氛中加热，也不许火焰直接喷射在毛坯上，否则使钢增碳或使晶界区贫铬，提高钢的晶间腐蚀敏感性。锻件在高温区停留时间不宜过长，否则易造成严重过氧化、元素贫化和晶粒粗化，一般不少于10~20min。故采用中频感应加热，感应加热加热稳定，节拍易于控制，并且设备设有红外感应器，加热温度达到预设温度的坯料通过滑道流入下一工步，未达到预设温度坯料分流至待处理框，进行下一步的坯料管理，在加热过程中，通过自动化控制，保证坯料加热的温度均匀，使材料有良好的锻造温度。
其中，所述分体式模具包括用于盛放预制坯的下模座5、以及用于挤压所述下模座5内预制坯的上模座1；在所述下模座5中开设有用于容纳预制坯的内腔7，在所述上模座1上通过螺栓固定安装有用于在所述内腔7中直线滑动的上模芯2，所述上模芯2，在所述内腔7中设置有用于与预制坯的定位凸起相吻合的定位凹槽8。在所述内腔7的底端嵌套有下模芯4，所述定位凹槽8开设于所述下模芯4上；在所述下模座5的顶端通过销钉固定安装有用于承受预制坯挤压时沿水平面产生的作用力的中间连接板3。在所述下模芯4上设置有用于在预制坯完成锻造时自动连同所述下模芯4将锻件一同顶出的顶杆6。
分体式模具直接安装于机床纸上，上模新2和顶杆6直接由机床控制。在现有有技术中，模具往往是一体式，在长期锻造之下，承受锻造时锻件形变产生的应力，容易导致模具变形或破损，往往需要更换整个模具，而在本发明中，通过在模具本体之上可拆卸式地安装上模芯2和下模芯4，通过上模芯2和下模芯4承受锻造时锻件形变产生的应力，在长时间冲击之下上模芯2和下模芯4发生磨损，即可对各个部件独立进行更换，无需整体更换大大降低了成本。
其中，在所述下模芯4与所述内腔7之间设置有辅助气推组件9，在所述下模芯4上安装用于防止所述顶杆6弯曲的动态导向组件10。所述辅助气推组件9包括开设于所述内腔7的环形滑槽91，在所述环形滑槽91可直线滑动地嵌套安装有环形托体92，在所述环形托体92与所述环形滑槽91之间形成有推动气腔93，所述推动气腔93与外部气压泵连接；在所述下模芯4上开设有密封圆槽95，在所述密封圆槽95内可直线滑动地嵌套安装有气动圆盘96，在所述气动圆盘96与所述密封圆槽95之间形成有缓冲气腔97，所述顶杆6的顶端固定连接在所述气动圆盘96上，在所述顶杆6上开设有用于在锻造结束使所述推动气腔93和所述缓冲气腔97连通的第一连通气道98，在所述气动圆盘96上开设有变形槽94。
其中，所述动态导向组件10包括固定安装在所述气动圆盘96与所述下模座5之间的伸缩套杆，所述伸缩套杆由多根相互嵌套的导向筒101组成，且相邻所述导向筒101的滑动摩擦力均从外侧至内侧逐渐降低，在所述导向筒101上开设有多个密封承托槽102，在所述密封承托槽102内可横向滑动地嵌套有多个导向柱103，所述密封承托槽102与所述导向柱103之间形成有导向气腔104，所述导向气腔104通过第二连通气道105与所述推动气腔93连通。
由于在锻造过程中，锻件产生的应力作用之下，下模芯4与内腔87之间发生粘连，机床对顶杆6施压而顶杆6不能顺利上滑时，顶杆6容易发生形变和弯曲。
本发明为了解决上述问题，通过在锻件锻造结束后，通过使得推动气腔93内产生高压状态，从而驱动环形托体92向上顶起下模芯4，相较于顶杆6而言，环形托体92作用面积大，局部压强小，不易发生形成，从而环形托体92辅助顶杆6向上移动。
在推动气腔93内产生高压状态的同时，推动气腔93内气体通过第一连通气道98与缓冲气腔97连通，从而使得缓冲气腔97也产生高压状态，而缓冲气腔97的高压状态会随着顶杆6的上升而保持，此时第一连通气道98的底端无法进行排气直至第一连通气道98与伸缩套杆内腔连通。
通过缓冲气腔97缓解顶杆6与气动圆盘96之间直接作用力，通过变形槽94使得气动圆盘96可发生一定程度的形变，从而吸收顶杆6由于非直线运动产生的偏转力，从而防止顶杆6发生形变。
通过相邻所述导向筒101的滑动摩擦力均从外侧至内侧逐渐降低，使得导向筒101逐个进行滑动，从而使得导向筒101上的导向柱103抵触在顶杆6表面，防止顶杆6发生形变，其主要作用原理与环形托体92相同。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (5)
1.一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤100、利用中频感应加热的方式对坯料进行阶梯式加热，直至达到锻造目标温度，将熔融状态中达到预设温度的部分制成坯料，将熔融状态中未达到预设温度的部分分流至待处理框；
步骤200、通过制坯模对坯料进行凹孔定位的初锻，在坯料的表面形成与闭式模锻相配合的定位凸起，以制得预制坯；
步骤300、通过基于分体式模具的闭式模锻对预制坯进行终锻，以制得锻件，所述分体式模具包括用于盛放预制坯的下模座（5）、以及用于挤压所述下模座（5）内预制坯的上模座（1）；在所述下模座（5）中开设有用于容纳预制坯的内腔（7），在所述上模座（1）上通过螺栓固定安装有用于在所述内腔（7）中直线滑动的上模芯（2），在所述内腔（7）中设置有用于与预制坯的定位凸起相吻合的定位凹槽（8），在所述内腔（7）的底端嵌套有下模芯（4），所述定位凹槽（8）开设于所述下模芯（4）上，在所述下模芯（4）上设置有用于在预制坯完成锻造时自动连同所述下模芯（4）将锻件一同顶出的顶杆（6）；
步骤400、在锻件未冷却时对锻件进行冲孔；在所述下模芯（4）与所述内腔（7）之间设置有辅助气推组件（9），在所述下模芯（4）上安装用于防止所述顶杆（6）弯曲的动态导向组件（10）；所述辅助气推组件（9）包括开设于所述内腔（7）的环形滑槽（91），在所述环形滑槽（91）可直线滑动地嵌套安装有环形托体（92），在所述环形托体（92）与所述环形滑槽（91）之间形成有推动气腔（93），所述推动气腔（93）与外部气压泵连接；在所述下模芯（4）上开设有密封圆槽（95），在所述密封圆槽（95）内可直线滑动地嵌套安装有气动圆盘（96），在所述气动圆盘（96）与所述密封圆槽（95）之间形成有缓冲气腔（97），所述顶杆（6）的顶端固定连接在所述气动圆盘（96）上，在所述顶杆（6）上开设有用于在锻造结束使所述推动气腔（93）和所述缓冲气腔（97）连通的第一连通气道（98），在所述气动圆盘（96）上开设有变形槽（94）；所述动态导向组件（10）包括固定安装在所述气动圆盘（96）与所述下模座（5）之间的伸缩套杆，所述伸缩套杆由多根相互嵌套的导向筒（101）组成，且相邻所述导向筒（101）的滑动摩擦力均从外侧至内侧逐渐降低，在所述导向筒（101）上开设有多个密封承托槽（102），在所述密封承托槽（102）内可横向滑动地嵌套有多个导向柱（103），所述密封承托槽（102）与所述导向柱（103）之间形成有导向气腔（104），所述导向气腔（104）通过第二连通气道（105）与所述推动气腔（93）连通；
在锻件锻造结束后，通过使得推动气腔（93）内产生高压状态，从而驱动环形托体（92）向上顶起下模芯（4）；在推动气腔（93）内产生高压状态的同时，推动气腔（93）内气体通过第一连通气道（98）与缓冲气腔（97）连通，从而使得缓冲气腔（97）也产生高压状态，而缓冲气腔（97）的高压状态会随着顶杆（6）的上升而保持，此时第一连通气道（98）的底端无法进行排气直至第一连通气道（98）与伸缩套杆内腔连通；通过缓冲气腔（97）缓解顶杆（6）与气动圆盘（96）之间直接作用力，通过变形槽（94）使得气动圆盘（96）可发生一定程度的形变，从而吸收顶杆（6）由于非直线运动产生的偏转力；通过相邻所述导向筒（101）的滑动摩擦力均从外侧至内侧逐渐降低，使得导向筒（101）逐个进行滑动，从而使得导向筒（101）上的导向柱（103）抵触在顶杆（6）表面。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，其特征在于：在进行步骤100之前，对坯料进行预处理，具体方式为：
通过体积不变原则计算坯料的初始长度进行下料。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，其特征在于：在步骤200中，制成坯料的具体过程为：
首先，按1.5%的缩放设计制成坯模，并且在坯模中心设置一个凹陷，将熔融状态中达到预设温度的坯料引流至坯模中，然后冷却定型形成预制坯。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，其特征在于：在步骤100中，进行阶梯式加热具体包括：
在加热温度处于800°C以下以0.3～0.5mm/min的速率进行加热，直至坯料的温度达到920°C，后进行快速加热10～20min。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车平衡环类产品的锻造工艺，其特征在于：
在所述下模座（5）的顶端通过销钉固定安装有用于承受预制坯挤压时沿水平面产生的作用力的中间连接板（3）。
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