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間隔襯套是汽車變速箱的主要零件之一，在汽車運行過程中承受較高的齒輪高速摩擦力和軸向應力，間隔襯套作為汽車變速器主要零部件需求很大，生產工藝有鑄造、鍛造和粉末冶金等，相比于其他生產工藝，精密鍛造成形工藝生產的間隔襯套以力學性能優、體積小等優點，占據著間隔襯套總產量的70%左右，因此鍛造成形是間隔襯套的主要成形工藝。延長鍛造模具壽命、提高材料利用率、實現自動化生產是提高鍛造間隔襯套市場競爭力的關鍵問題所在。鍛造過程數值模擬分析技術可以對包括零件加熱、鍛造、切邊以及校正等精密鍛造全過程進行有限元分析，是提高汽車零件精密鍛造效率的重要手段。本文以某型號間隔襯套為分析對象，采用數值模擬分析方法對間隔襯套成形以及切邊全鍛造過程開展分析，為車用零件精密鍛造成形工藝優化探索出一種實用的設計方法。

一、工藝方案及模具設計確定

某新型汽車變速器間隔襯套高25mm，外直徑為φ65mm、內圓直徑為φ39.8mm，材料為45#鋼。根據間隔襯套零件特點設計間隔襯套鍛件如圖1(a)所示。分模面設置在零件最大輪廓處，單面機械加工余量2mm，外斜度用2°、內斜度用3°；圓角半徑R為3mm、外圓角半徑r為1.5mm；間隔襯套的連皮類型為斜底連皮，厚度為4mm，內腔最大深度為42mm。根據上部分模特點，未設計飛邊槽結構，鍛造模具設計如圖1(b)所示。

二、有限元模型建立及參數設置

間隔襯套鍛造成形以及沖孔過程模擬用有限元模型如圖2所示。為節約計算時間，鍛造及沖孔均采用1/4對稱模型，沖孔采用NormalizedCockcroft&Latham斷裂準則，模擬用主要參數見表1.

三、鍛造過程模擬及分析

間隔襯套鍛造成形過程分析采用棒狀毛坯的間隔襯套鍛件成形過程，如圖3所示。鍛造過程開始階段，毛坯主要發生自由鐓粗變形；當零件側壁型腔填充滿后，金屬向下流動將下模底部填滿；下模型腔基本充滿后，金屬材料隨著上模向下移動而進行反向擠壓流動，與上模底部接觸后橫向流動直到型腔全部填充，多余金屬形成飛邊。間隔襯套鍛件成形過程載荷-行程曲線，如圖4所示，充滿型腔階段成形載荷大幅提高，形成飛邊后成形載荷直線上升。

1.間隔襯套毛坯尺寸優化。不同尺寸毛坯成形等效應變分布，如圖5所示。φ50mm×20mm、φ52mm×20mm毛坯不能充滿型腔；φ52mm×25mm毛坯可以完全充滿型腔但產生大量飛邊；φ50mm×25mm、φ52mm×22mm、φ52mm×23mm均能完全充滿型腔，成形過程中未發現缺陷并且也產生了適量的飛邊。綜合下料情況、飛邊大小及材料利用率，最終認為φ52mm×23mm為間隔襯套鍛件毛坯最佳尺寸。

2.間隔襯套沖孔過程分析。間隔襯套沖孔過程不同階段等效應力，如圖6所示。圖6(a)為鍛造成形后間隔襯套鍛件截面圖；沖孔過程開始階段，沖孔連皮與沖頭接觸區域開始發生塑性變形圖6(b)，隨后整個沖孔連皮發生較大塑性變形圖6(c)；隨著沖頭快速下移沖孔連皮開始與鍛件分離圖6(d)，變形主要發生沖孔連皮與沖頭接觸區圖6(e)。圖6(f)為沖孔后的間隔襯套，零件內表面斷裂帶明顯，鍛件整體未發生較大變形。

四、工藝方案驗證

采用優化后毛坯尺寸進行汽車變速箱間隔襯套鍛件生產，鍛造過程與模擬結果一致，如圖7所示，零件表面質量檢測以及后續無損探傷均未發現缺陷，驗證了汽車變速箱間隔襯套鍛造全過程有限元模擬的可靠性。

五、結論

⑴根據零件特點設計了間隔襯套精密鍛造模具，通過數值模擬分析將間隔襯套鍛造過程分為自由鐓粗、側壁型腔填充滿、下模底部填滿、反向擠壓、全部填充、形成飛邊六個階段。⑵采用有限元分析方法對毛坯尺寸進行了優化，得到了最優的汽車變速箱間隔襯套鍛件毛坯尺寸φ52mm×23mm。⑶對間隔襯套沖孔過程進行了數值模擬分析，得到的沖孔效果與實際鍛造一致，驗證了鍛造全流程模擬的可靠性。

作者:邵長偉 龍小忠 涂雯鑫 門正興 單位:瀘州長江機械有限公司 成都航空職業技術學院機電工程學院