梅花聯(lián)軸器的溫鍛成形與分析

馮飛

摘要：以一種更具效率的方式加工聯(lián)軸器，本文所提及的聯(lián)軸器是一種應用很普遍的梅花聯(lián)軸器，也叫爪式聯(lián)軸器，其外形結構比較簡單，其端面上有四個凸臺。本文制定了梅花聯(lián)軸器的鍛造成形的工藝方案，并采用剛塑性有限元法對其成形過程進行模擬，同時在此基礎上對工藝方案進行優(yōu)化，以期許一種高效、節(jié)約的毛坯形式能替代傳統(tǒng)毛坯結構。

關鍵詞：梅花聯(lián)軸器；有限元模擬；溫鍛成形

梅花聯(lián)軸器是機械產(chǎn)品軸系傳動中最常用的連接部件HYPERLINK"http：//www.so.com/s？q=%E9%83%A8%E4%BB%B6&ie=utf8&src=internal_wenda_recommend_textn"＼t"_blank"，它具有結構簡單、無需潤滑、方便維修、便于檢查、免維護，可連續(xù)長期運行，工作穩(wěn)定可靠，具有良好的減振、緩沖作用，并且具有較大的軸向、徑向和角向補償能力。結構簡單，徑向尺寸小，重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，適用于中高速場合。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，廣泛應用于數(shù)控車床、加工中心、雕刻機、數(shù)控銑床、冶金機械、礦山機械、石油機械、化工機械、起重機械、運輸機械、輕工機械、紡織機械、水泵、風機、空壓機等領域，有著非常廣闊的市場空間。聯(lián)軸器由兩個金屬爪盤和一個彈性體組成，兩個金屬爪盤分別與主動軸和從動軸聯(lián)接，聯(lián)軸器中間靠彈性體連接。

1 工藝方案制定

梅花聯(lián)軸器的傳統(tǒng)加工工藝是經(jīng)過車削、銑削和拉削等機加工方法之后再經(jīng)過整體熱處理而成，這種加工工藝存在著很大的材料損耗而且加工周期比較長，因此只適合小批量生產(chǎn)。目前市場上還有一種聯(lián)軸器的加工工藝是鑄造而成，雖然這種加工方法能夠適應大批量生產(chǎn)，并且能夠節(jié)省加工時的材料損耗，所以鑄件聯(lián)軸器在產(chǎn)品價格上會比機加工的聯(lián)軸器少很多，但是鑄鐵件也有其缺點，在轉(zhuǎn)速比較高的場合或者載荷比較高的情況下運轉(zhuǎn)會發(fā)生打爪（齒爪脫落）現(xiàn)象，因此在一些要求比較高的重要場合最好還是不要使用鑄件，而鍛造則是既保留了鋼件的強度與韌性也降低了機加工的加工余量。金屬材料經(jīng)過鍛造加工后能改善其組織結構HYPERLINK"https：//baike.so.com/doc/429635454984.html"＼t"_blank"和力學性能。經(jīng)過鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結晶，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細、大小均勻的等軸再結晶組織，使金屬材料中原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，使其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學性能。此外鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可保證零件具有良好的力學性能與較長的使用壽命，這都是鑄件所無法比擬的。

由于聯(lián)軸器的齒爪部分是由鍛造直接成形，并且齒爪部分與聯(lián)軸器柄部也幾乎不再進行機加工，所以對齒爪部分與柄部的同軸度要求比較高，因此采取溫鍛方案。為了避免工件由棒料直接反擠到尺寸產(chǎn)生折疊等缺陷，因此采取兩道工序，棒料經(jīng)鐓粗后反擠成形，所以聯(lián)軸器的工藝路線是：下料、拋丸、涂層、加熱、鐓粗、反擠、取長。

由于設備由靜止狀態(tài)啟動時會產(chǎn)生較大的扭矩或者是高速以及過載荷的情況下產(chǎn)生齒爪崩斷飛出現(xiàn)象，這種狀況會嚴重威脅設備以及操作者的人生安全，所以對從動聯(lián)軸器的形狀進行調(diào)整，如下圖所示，即使聯(lián)軸器的齒爪被崩斷了也只是包裹在從動聯(lián)軸器里不會飛出來，從而達到保護的目的。其工藝路線與上述聯(lián)軸器的工藝路線相同。

2 有限元模擬分析

該工件的關鍵工序是端面上的四個凸臺需要同時成形。棒料經(jīng)鐓粗成形，為反擠這一關鍵工序提供鍛前坯料，為了深入了解反擠工序變形過程中反擠沖頭受力情況、金屬流動方向及反擠過程中是否會出現(xiàn)缺陷等問題，采用有限元分析軟件Deform3D將該變形的過程參數(shù)化模擬，選取近似材質(zhì)ANSI1055，塑性體工件坯料溫度設置700℃，環(huán)境溫度700℃，工件的成形過程中忽略溫升效應，將模具定義為剛性，坯料與模具的接觸摩擦因子為0.25，設置主模具的形成為11mm，并將原始工件分割為5000個四面體有限單元進行分析。

由下圖所示，沖頭在接觸工件開始擠壓時受力最大，達到2500kN并趨于穩(wěn)定至終了位置，除去四個凸臺的端面截面積為4316.249 mm2，單位面積受力約580N/mm2。由于關鍵工序中，凸臺經(jīng)過反擠向上流動時由于金屬流動所產(chǎn)生的表面缺陷比較嚴重，因此調(diào)整模具結構，當壓力設備開始擠壓時，四個凸臺經(jīng)過正擠壓向下流動，由于該結構需要將聯(lián)軸器的柄部包裹在沖頭中，這就導致沖頭的壁厚比較薄，所以沖頭材料選用65Nb，沖頭調(diào)質(zhì)硬度5860HRC，該材質(zhì)與高速鋼的淬火組織中的化學成分相同，但其不含有大量的未溶碳化物，所以韌性及疲勞強度都比高速鋼高，并且該材料的回火溫度在520℃以上，回火溫度高，具有一定的紅硬性，適合該產(chǎn)品沖頭壁薄易溫升的特性。

3 結語

針對有限元分析結果，在確定過程中各處飽滿以及沒有折疊等缺陷產(chǎn)生的情況下，調(diào)整設備行程控制凸臺的高度。針對退料力過大導致退料器斷裂現(xiàn)象，將退料器由正常的細長圓桿調(diào)整為與凸臺形狀相仿的仿行退料器，大大的提高了退料器的強度，產(chǎn)品端面相對比較平整。通過實際試制，達到預期效果，能夠滿足批量生產(chǎn)要求。

參考文獻：

[1][JP2]吳詩.冷溫擠壓技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.[JP]