汽车飞轮盘冲锻成形工艺研究*华中科技大学王新云罗文涛夏巨谌胡国安摘要飞轮盘为大尺寸且壁厚有变化的零件，采用传统切削加工方式，材料利用率极低。采用冲锻成形新工艺成形该零件，并借助有限元模拟软件DEFORM-2D，对成形过程和模具参数进行了优化。为成形零件R5内圆角，设计了两阶段成形工艺路线，即预成形时采用大半径圆角凸模拉深并利用镦粗凸模镦粗侧壁，终成形时将拉深凸模换为R5圆角的凸模并将零件镦粗到要求尺寸。模拟结果显示成形良好，为实际生产提供了理论依据。关键词：冲锻成形；飞轮盘；增厚；数值模拟Aninvestigationofstamping-forgingprocessforcarflywheelpanelAbstractFlywheelpanelisapartwithlargesizeandthickness-difference.Theutilizationratioofmaterialsisratherlowwhenapplyingthetraditionalcuttingmethods.Thispaperproposedanewstamping-forgingprocess.TheformingprocessandmoldparameterswereoptimizedutilizingDEFORM-2D.InordertoshapetheinnerfilletofR5,aformingprocesswithtwo-stepwasdesigned.Adrawing-punchwithbiggerfilletdrewthebilletandanupsetting-punchcompressedthewallfirst,andthenthedrawing-punchwasreplacedwithanotheronewhichhadafilletofR5andthewallwascompresseduntilreachingthesizerequirements.Theresultsarewellshownthatitcouldprovideatheoreticalbasistothepracticalindustrialproduction.Keywords:stamping-forgingprocess;flywheelpanel;thickeningnumericalsimulation1引言随着制造技术的日益进步，在塑性成形领域，为节约材料和能源，减少加工难度和加工工序，提高零件的加工精度，要求少、无余量成形（即近/净成形）的呼声日益高涨。在当代工业特别是在汽车工业中，出现了大量的尺寸较大且壁厚有变化的零件。这些零件采用传统的冲压或者锻造方法都很难成形；而采用切削加工方式，则材料利用率极低。基于冲压和锻造的特点，研究人员提出了采用冲锻成形新工艺的方法。冲锻成形工艺是以板材（或者管材）为坯料，通过冲压工艺成形出中空形状，并在该工序中储备足够的金属，再采用锻造工艺，对特定部位压缩增厚，以达到要求厚度。采用该工艺成形的零件不仅能满足尺寸要求，而且力学性能良好，材料利用率高，成形速度较快，避免了采用各种传统方法加工所产生的一系列问题[1]。图1为冲锻成形与焊接成形过程的比较示意图。近年出现了一些利用板坯料进行锻造的研究[2~5]，但均只是采用了板坯料来进行锻造，与本文提出的先拉深空间形状后增厚局部的冲锻成形工艺有所不同。本文结合冲锻成形新技术的研究，借助有限元模拟软件DEFORM-2D，对飞轮盘成形工艺过程进行了模拟，分析了坯料的金属流动特征，对模具工艺参数进行了优化，为实际生产提供了理论依据。2工艺分析汽车飞轮盘锻件图如图2所示，其材料为45钢，主要特点是侧壁厚度大于底部厚度。其整体尺寸较大，而角部内外圆角尺寸较小，分别为R5和R2.5。采用冲锻成形工艺成形该零件，可选用圆形坯料，先拉深成为浅圆桶形，然后镦粗其侧壁，最终得到所需盘形锻件。成形模具示意图如图3所示。*国家自然科学基金资助项目(50705034)图1冲锻成形与焊接成形的比较a)与c)为冲压后焊接成形；b)与d)为冲压锻造整体成形图2锻件剖面图板坯拉深冲孔焊接增厚板坯拉深冲孔镦锻增厚a管坯液压冲孔法兰焊接管坯液压冲孔法兰镦锻cd图3冲锻成形模具示意图根据锻件尺寸，选取10mm厚的钢板作为坯料。为减小成形力，可在坯料成形之前先将中心孔冲出，用以分流降压。周向3个工艺孔则在后续工序中冲出。由于中心孔在拉深成形过程中会有所增大，但在随后的镦粗过程中，侧壁金属向底部流动，中心孔又会有一定程度的缩小，其最终尺寸会较初始尺寸小，所以预冲中心孔尺寸可稍微放大。根据体积相等原则，选取毛坯直径为Φ338mm，预制中心孔直径为Φ43.6mm，则首次拉深系数为0.81。根据文献[6]可知，可以一次拉深成形。3飞轮盘冲锻成形工艺研究及其数值模拟3.1有限元模拟模型考虑工件的轴对称性和工艺的特点，为了提高模拟的效率，采用数值模拟软件DEFORM-2D进行模拟。图3为有限元模拟模型，相关参数...
