AT 变速箱核心零部件多力源精冲

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AT 变速箱由液力变矩器、离合器、行星齿轮机构、液压控制系统等构成，装配在绝大多数自动挡车型上。变速箱挡位数量是衡量其技术含量的标准之一，一般家用汽车以5 挡或6 挡居多，豪车则对更多挡位的自动变速箱青睐有加，如奔驰C 型轿车、宝马系列等车型配备了8/9 挡自动变速箱。

离合器活塞平衡系统作为AT 变速箱的重要组成部分，其作用有：抵消离合器作用在活塞上的离心力；实现更快地离合器控制，缩短换挡时间；协助离合器回位弹簧更快地释放离合器；增加换挡过程中的油压缓冲(蓄压功能)。离合器活塞平衡系统的核心零部件是平衡板(图1)，本文针对平衡板的模具结构设计和工艺制定做了详细介绍。

图1 平衡板

平衡板结构

该平衡板结构及尺寸如图2 所示。

图2 平衡板结构及尺寸

材料为HC280LA 冷轧板，料厚4.5mm。

平衡板由带齿中心孔、3 个台阶面、6 个小孔、反面6 个带齿半冲孔组成。

带齿中心孔、小孔至凸台齿位置度需要保证在0.08mm 以内，台阶高度公差0 ～0.05mm。为了保证带齿中心孔、小孔至凸台齿位置度，需要一次成形才能保证产品精度，在一个工位上要同时保证3 个结构的尺寸要求。

半冲孔工艺分析

工艺原理。

半冲孔工艺原理：在三个力的作用下，使金属向另一个方向移动，而剪切区不产生破坏，是一种直接加工带凸台零件的精冲工艺。半冲孔冲压如图3 所示，由于金属的位错与滑移，剪切区产生冷作硬化，且抗拉强度提高，材料组织也发生变化。

图3 半冲孔冲压

工艺要求。

1)底孔等于或小于凸台直径，剪切区无裂纹出现。

2)体积V1(孔层挤入部分)约等于1.2 倍V2(材料挤出部分)，如图4 所示。

3)在毛刺侧的凸台，要求使用复式精冲模。

图4 凸台成形示意图

4)在塌角侧的凸台，要求使用带回程凸模的复式精冲模，或连续复合精冲模。

5)在砂带磨削时，零件相互无卡着的障碍。

6)在沉孔根部倒R 或C 角，增加凸台强度。

工序制定

工艺分析

加工工序如图5 所示，采用精冲复合成形工艺，用连续复合模加工，料条由左往右送料实现连续生产，其工艺顺序如下。

图5 加工工序示意图

第一工序：冲定位孔和半冲孔凸起台阶2 处。

第二工序：冲带齿中心孔、小孔和6 个带齿凸台。

第三工序：冲外形和φ149.3mm 的台阶，同时注意防止台阶和中心孔变形。

工艺特点

由于该零件结构带有多个台阶及反面凸齿，成形位置较多，分多次冲压尺寸很难保证，因此，常规3个力源显然是不够的，需要利用精冲机第4、5、6力源。第4 力源负责成形半冲孔台阶，第5 力源负责成形带齿凸台和带齿中心孔，第6 力源负责φ149.3mm 台阶成形。

成形过程。

凸模采用固定式，凹模采用浮动式结构。冲压过程中，凹模板使用(第4 力源)上辅助油压，凹模板V-ring 夹持材料，主油缸由下向上成形，同时第4力源释放力量往后移动，冲压小孔利用机台反压力顶出。冲压带齿中心孔与6 处带齿凸台采用第5 力源完成，同步保护前步台阶高度，保证不变形，外形落料同时成形φ149.3mm 台阶。采用第6 力源顶出以及反压力支撑，保证平面度及尺寸，最后料条顶出，精冲过程结束。

第4 ～6 力源在半冲孔及下料中的应用。

精冲过程中三向力相互配合完成下料和冲孔，同时采用辅助油压第4 ～6 力源完成单个或多个半冲孔；传统工艺至少需要6 工位才能实现，且无法保证尺寸，该工艺只需要1 个工位即可同时完成多个半冲孔，而且能够保证产品位置度、圆度和尺寸精度。

如图6 所示，精冲机液压油经油路传到油压活塞缸中，传力到模具中进行压力顶出和压料。油缸需要安装安全阀，防止因油压过大或油压不稳定喷出油物造成人员受伤；检查螺钉是否安装牢固，增加保护措施，防止意外松动；保持油压缸内腔清洁，否则安装的传感器可能因活塞卡滞而损坏。

图6 多力源的力传递示意图

如图7 所示，冲压过程中托料板4 与下模板5 夹持原材料，主油缸由下往上实现外形落料，同时半冲孔3 由上往下成形，半冲孔顶出7 利用辅助油压缸力源支撑凸出台阶进行保护，负责产品的压料顶出功能。外形冲头采用螺栓加等高套筒组合式结构实现冲头浮动，满足冲头需要夹持材料的效果并负责冲外形，实现一个冲头两种作用。

图7 半冲孔与下外形同步成形

半冲孔与外形冲压过程中有一段高度差，也就是沉头深度，即图7 中的X，所以在设计传力杆长度时，需要考虑顶杆X 及下顶出S-X 高度差。模具结构设计中追加保护，已成形的凸台和孔，要求比较严格的尺寸都需要保护，不能受模具侧向力，尤其是剪切过程材料流动不可控的因素都需要保护起来，再利用设备辅助油压的方式，按先后顺序完成成形、剪切。

模具细节处理。

1)模具2 处凸台间隙单边为0.1mm，若半冲孔间隙过小，会额外增加阻力，成形力会大大增加，冲头容易崩裂；若间隙过大，会导致台阶塌角过大。因此在6 个齿形半冲孔部位采用变间隙设计，齿顶和齿尖单边间隙0.3mm，其他部位单边间隙0.2mm，可避免出现凸模刃口崩刃现象。

2)第4 ～6 力源模内油压缸方式需要匹配合适密封圈，使用专用工具安装，加工精度需要控制，防止漏油的可能性。凸凹模材料可以使用S390，所有冲头和凹模采用流体抛光设备进行抛光处理，粗糙度达到Ra0.2μm 以下，确认没有问题后再进行涂层和装配使用。

结束语

精冲半冲孔工艺是压凸工艺，是零件局部区域相对其周边区域的直线位移，从而使材料在剪切区不发生破坏，本文平衡板在半冲孔的基板上追加两个半冲孔，考虑精冲模具结构与精冲设备局限性，模具只有3 个工位，且1 个工位完成多个复杂工艺，保证尺寸稳定性与一致性。

精冲机多个力源起到关键作用，其中每个独立成形部分都应具有单独可调的压力，用来辅助模具压料，顶料，保护模具尺寸，满足平衡板加工需求。

作者简历

赵培振，研发部经理，高级工程师。主要负责设备选型、技术改造。负责的主要项目有“伺服式全自动冲孔机”“伺服式左右偏摆数控下料机”“多工位冲压生产线”等。获得55 项专利，其中发明专利8 项，实用新型专利40 项，外观专利7 项。

——来源：《锻造与冲压》2020年第15期

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文章由易车号作者提供