基于切边冲孔复合模具的双质量飞轮盘毂锻造技术研究

文/尹宿情，汤敏俊，庄晓伟，孙伟·江苏龙城精锻有限公司

双质量飞轮将传统的飞轮质量一分为二，一部分继续用于补偿发动机惯量，另一部分用于提高变速箱惯量，使得汽车隔振、减振的能力得到进一步提高。盘毂是双质量飞轮的关键零件之一，其材质一般为低碳合金钢，结构一般为圆盘形状，中间分布着一个大孔和若干个小孔。

目标产品分析

目标产品为一种30Mn5 钢材质的飞轮盘毂锻件，其结构示意图如图1 所示，三维模型如图2 所示，成品重量1230g，中间分布着一共9 个孔，其中一个大圆孔，7个小圆孔及一个异形孔。八个孔相对于基准R、S、T 的位置度要求很高，为φ0.5mm。

现有技术方案

该锻件一般工艺流程为：下料→加热→热锻→切边→冲孔→热处理→锻后处理，其中切边和冲孔为两道工序，需要两个操作员以及两台设备，增加了制造成本，而且存在二次定位，锻件位置度不能保证，废品率高。

也有将切边和冲孔两道工序复合在一起的工艺方案，但是由于切边模具和冲孔模具仍然是相互独立的，生产产品的位置度难以保证，而且在冲孔的时候一般都没有提供压边力，导致冲孔变形以及撕裂带严重。

新技术方案

为了解决现有技术方案中存在的问题，本公司采用了一种新的切边冲孔复合模具，切边凹模和冲头需全部固定在同一模具上，并采用氮气弹簧提供冲孔的压边力，防止冲孔过程中孔变形以及减轻撕裂带，利用该模具可以在一个工位上完成切边冲孔两道工序，减少工序，避免多次定位，提高产品孔的位置度，目前该模具结构已经申请专利保护，基于该专利技术的飞轮盘毂完整锻造方案如下：

⑴下料。采用圆盘锯、锯床或剪床下料，原材料为直径50mm 的30Mn5 钢棒，化学成分见表1。下料重量根据锻件成品重量加上锻造过程损耗综合得出为1550g。

⑵加热。采用中频感应加热炉对钢棒进行加热，加热温度为1150 ～1200℃。

⑶锻造。采用2500t 的热模锻机进行多工步开式模锻，如图3 所示。

⑷切边冲孔。采用新结构的切边冲孔复合模具进行加工，模具结构如图4 所示。模具的工作过程及原理为：压力机滑块处于最上位置的时候，将锻件放在冲孔下模上。压力机滑块向下运动，最先接触到产品的是冲孔压料板，在氮气弹簧的作用下，将产品压紧，由氮气弹簧提供压边力。滑块继续向下运动，氮气弹簧收缩，冲孔压料板和冲孔卸料板不动，而固定在上模座上的冲头垫块、冲头压圈、冲头、切边凹模会跟随滑块继续向下运动，从而冲孔和切边。切边冲孔结束后，冲孔的废料会从下模座中间的孔掉下来。切边切下来的飞边会被切边卸料板顶出。压力机回程过程中，冲头以及切边凹模先跟随滑块上行，与产品分开。产品与冲头和切边凹模的力由氮气弹簧提供。如产品异常，卡料严重，超出氮气弹簧的压料力，可由U 形板和卸料螺钉进行刚性卸料。

表1 30Mn5 钢棒化学成分(wt %)

⑸热处理。对锻造完成的工件进行调质处理，调质处理后的硬度为250 ～300HBW。

⑹锻后处理。采用抛丸机去除锻件表面氧化皮，通过磁粉探伤对锻件表面进行检测，确保锻件表面无裂纹缺陷。

表2 飞轮盘毂锻件样品孔的位置度检测结果(mm)

研究结果

⑴图5 是采用本技术方案获得的成品锻件。结果表明将切边凹模和冲孔冲头固定在同一模具内，对飞轮盘毂锻件进行切边冲孔复合成形是可行的，能够显著提高生产效率，减少资源投入。

⑵表2 是对采用本技术方案获得的成品锻件孔位置度，进行的全质量检测结果，其结果表明孔的位置度均能满足质量要求。