引    言

汽車離合器是整車傳動系統的重要零部件，一 般由離合器蓋總成和從動盤兩部分組成，從動盤總 成聯接變速箱輸入軸，離合器蓋總成通過螺栓連接發動機飛輪。離合器承擔整車動力輸出中斷、結 合、變換擋位和緩解載荷沖擊的作用，且工作時與 發動機飛輪同步高速旋轉，因此離合器蓋要求具有 足夠的剛度、尺寸精度，為了散熱需要，必須設計適 當的通風窗口。

當前重型卡車的發動機動力已達到 370 kW 以上，離合器的扭矩容量要超過 4 000 N?m，其結構強 度要求非常高，殼體制造需要采用高強度厚板料生 產，通常重型卡車用離合器鋼板厚度≥5 mm。離合 器作為高速旋轉零件，動平衡要求高，且傳動系統 的裝配匹配度也要求高，因此其尺寸精度要求也 高，通常公差要求＜0.5 mm。離合器殼體具有結構 復雜、空間緊湊、自身強度和尺寸精度高的特點。由于離合器結構強度和尺寸精度要求高，早期 的重型卡車離合器殼體采用鑄造工藝生產，隨著沖 壓技術的發展進步，采用沖壓離合器殼體代替鑄造 殼體，在提高生產效率和降低成本方面發揮了巨大 優勢，促進了自主離合器的發展。但離合器因其高強度的要求，所以采用厚板料翻邊成形以實現高強度、輕量化、低成本的目的。

1    離合器殼體結構設計與分析

某款離合器殼體為 4 臺階圓盤形結構，如圖 1 所示，開放圓筒形階梯結構，16 個裝配安裝孔呈中 心對稱分布，翻邊、成形使鋼板材料呈現壓縮類和 伸長類組合的不封閉曲線翻邊結構形式。
 

（a）外表面

（b）內表面

     圖 1 離合器殼體

第 3 級臺階處有 12 條加強筋呈中心對稱，如圖2 所示，結構復雜，需多次拉深、精密沖孔和整形，沖 壓生產工藝復雜。

圖 2 離合器殼體二維結構

離合器殼體的最大外徑為?480 mm，拉深深度分別為 28、18 mm，結構尺寸為多臺階開放圓筒形階 梯拉深，周向拉深深度不同，如圖 3 所示。翻邊高度47 mm，采取壓縮類和伸長類組合的不封閉曲線翻 邊工藝成形 ，零件翻邊成波浪筒形 ，成形工藝復 雜。

零件材料為SPHE鋼板，是一種深沖用熱軋軟鋼板及鋼帶，對應國內鋼號08AL，材料厚度 7 mm。

圖 3 離合器殼體成形分析

抗拉強度≥270 MPa，成形內圓角尺寸為 R7 mm。成形零件屬于高強度沖壓，且成形面積大，必須采 用大型壓力機，沖壓工藝要求高。

離合器屬于整車傳動系統的零件，其裝配尺寸 和結構尺寸要求高，屬于高精度沖壓，零件成形同 軸度＜?1 mm，裝配孔相對中心孔尺寸位置度公差≤0.5 mm，周向角度公差±20′。

2    離合器殼體沖壓成形工藝分析與設計

通過對零件進行分析并制定了成形工藝，主要 由壓形、拉深和翻邊 3 個工藝組成。采用工藝分析 圖樣分解計算，首先對整體拉深的形式簡化工藝計 算。將零件拆解成 A 和 B 2 個不同的單元分別進行 計算，如圖 4 所示。

圖 4 沖壓成形的工藝分析

（1）分析并計算毛坯尺寸。拉深件所有尺寸按 照 材 料 厚 度 中 線 計 算 ，如 圖 5 所 示 ，d1  直 徑 為 ?401 mm，d2 直徑為?473 mm，采用最大尺寸計算；一級臺階拉深尺寸 h1 為 33.5 mm，二級臺階翻邊尺 寸 h2 為 43.5 mm。

圖 5   A 部分結構尺寸

A 部分尺寸計算：采用公式 DA2=d2  +4（d1×h1+d2×h2）計算可得理論參考值 DA≈599.8 mm，經過實際試制后確定采用直徑 DA 為 566 mm，小于理論計算值， 考慮圖 5 中 h2=43.5 mm 翻邊部分可按拉深近似值計 算，計算過程中毛坯直徑取 DA=590 mm。

B 部分尺寸計算：根據零件尺寸結構 R=r，如圖 6 所示，B 部分毛坯直徑尺寸：采用公式 DB2=d2 +4× d1 ×H-3.44r×d1，其中 H=23.5 mm，計算可得理論參 考值 DB≈503.6 mm，經過實際試制后確定采用毛坯 直徑 DB 為 566 mm，計算過程中毛坯直徑取 DB=500 mm。

圖 6 B 部分結構尺寸

綜合 A、B 部分結構尺寸，經過整合計算初步確 定了毛坯尺寸，實際尺寸通過試制后核算驗證。在 剪板和排樣時考慮到板材的材料纖維方向，設計了 經濟的剪板排樣（見圖 7）和料片排樣尺寸 535 mm× 535 mm，如圖 8 所示。

圖 7 剪板排樣

圖 8 料片排樣尺寸

（2）拉深工藝方案分析。零件是帶凸緣圓筒形件，由壓形、拉深和翻邊 3 種工藝成形，為簡化計算， 將壓形部分視為拉深，如圖 9 所示。此處只計算 h1、H 部分的拉深系數和拉深次數以決定模具數量，計算過程為：

①h1、H是同一起始平面進行拉深的不同 高度尺寸，按照同類沖壓件生產經驗分析可采用 1 次拉深成形；

②拉深內圓角R7mm（材料厚度7mm）；

③材料的相對厚度：100t/D=100×7/500=1.4；拉 深 系 數 m=(d + 2t)/d=(394 + 2 × 7)/480=408/480=0.85，其中，厚度 t=7 mm；DB=500 mm；

④通過材料相 對厚度和拉深系數的計算，確定可以 1 次拉深成形， 采用壓邊圈不會出現起皺現象；

⑤有壓邊圈拉深力 按公式 F 拉=πdtRmK1 計算，其中，d 為拉深件直徑（中 線），取 394+7=401 mm；t 為料厚，7 mm；Rm 為材料抗 拉強度，取 270 MPa；K1 為系數，取 1.1；計算可得：F 拉=3.14×401×7×270×1.1= 2 617 752.06 N；

⑥翻邊力采用公式 F 翻 =0.7KBt2Rm/R+t，按 U 形彎曲力計算，其 中，K 為安全系數，取 1.3；B 為翻邊寬度，計算約為 1 350 mm；Rm 為材料抗拉強度 ，270 MPa；t 為料厚，7mm；R 為內圓角，取 7 mm。計算可得：F 翻=0.7×1.3×1350 × 49 × 270/14=1 160 932.5 N；⑦ 設 備 F 總 =1.2（F 拉+F 翻）=1.2×3 778 684.56 N=4 534 421.472 N，即F 總＞5 000 kN；⑧綜合以上分析和計算，離合器殼體 沖壓工藝流程設計如表 1 所示。

圖 9 拉深成形工藝分析

3    工藝設計存在的問題和解決方案

3.1    工藝設計存在的問題

設計評審是模具工藝設計的關鍵環節，一般在工藝流程完成后組織內部評審，在公司的生產實踐 中驗證該工藝方案的可行性，可以開展模具設計和 制造。該工藝通過評審結合生產實際存在一些問 題，具體如下。

（1）成形工序除殼體 R 角外，其余尺寸直接翻 邊為設計要求的波浪直筒形狀。殼體基本尺寸與產品設計尺寸一致，材料的彈性變形、模具翻邊間 隙、鋼板纖維方向等因素，導致離合器蓋翻邊后直 徑尺寸呈不規則回彈變形，實際成形時，殼體的直 徑尺寸易波動。

表 1 離合器殼體沖壓件工藝流程

（2）后工序以離合器蓋內型腔和輔助定位為 基準進行二次整形、沖中心孔、精壓、校平等加工時，離合器蓋不能順利放入模具內，不能準確定位，通過模具工作時將離合器蓋壓入模具內并隨形自 找正，容易造成放件、取件困難，并使離合器蓋、模 具凹模、凸模拉傷嚴重，模具需頻繁拋光維修，離合 器蓋圓度、直徑尺寸、壁厚存在差異。

3.2    工藝優化解決方案

分析審核意見后進行工藝改進、模具結構優 化、縮短工藝路線、降低加工誤差，盡量做到關鍵尺 寸一步工序完成。主要工藝優化了成形和整形校平 2 道工序：①改進沖壓工藝和模具結構設計，在成形 工序中將鋼板料片預翻邊為波浪錐筒形狀；②在整 形校平工序通過 2 次翻邊和內反鐓校平，沖壓零件最 終成為波浪直筒形狀[4]，改進后工序如表 2 所示。

3.3    問題改進效果

（1）沖壓成形工序：零件預成形翻邊為波浪錐 筒形狀，精壓沖孔及整形校平以離合器蓋內型腔為 定位基準，利用錐體形狀有自定位的特點，加上相應的輔助定位，使定位、放件、取件更準確、容易，減小了離合器蓋 2 次定位產生的沖壓加工誤差。

表 2 沖壓工藝改進前后對比

（2）整形校平工序：通過 2 次翻邊和內反鐓校平，離合器蓋成為波浪直筒形狀，成形零件的直徑 等關鍵尺寸 1 次成形達到設計要求。

（3）上述 2 道關鍵工序的凹模、凸模均采用了分 體結構以便維修、調整，凹模鑲件使用表面 TD 處理 技術改善翻邊時零件拉傷情況和模具零件的磨損， 零件的同軸度、尺寸精度和外觀質量均得到有效改善。

根據零件結構和工藝流程的分析進行了模具 結構設計，以下重點介紹工序③的成形模、工序⑤ 的精壓沖孔和工序⑧的整形校平 3  副模具結構。

4.1    成形模設計

成形模設計時在離合器殼體的翻邊部分與軸 向設計夾角，翻邊為波浪錐筒形，錐頂為離合器蓋 的直徑尺寸，模具結構如圖 10 所示，角度的選擇主 要基于以下 2 個方面。
（1）利用錐體形狀有自定位的特點，加上相應 的輔助定位，在后工序（整形校平）2 次翻邊時，以離 合器殼體內型腔定位能夠順利放入模具凸模上，能 準確定位減小誤差，操作時容易放件、取件。
（2）翻邊角度如果取得太小，離合器殼體翻邊 后接近波浪直筒，改進前的缺點依然會存在；翻邊 角度如果取得較大，則無法準確定位。改進后的整 形校平工序是 2 次翻邊與校平同時進行，離合器殼 體的直徑等關鍵尺寸一步完成達到零件設計的波 浪直筒形，為減少回彈保證尺寸精度，模具零件間隙設計很小，增加了 2 次翻邊的難度，也增大了模具零件磨損和離合器殼體拉傷的概率。
通過以上分析，翻邊角度的選取應在以下范圍 內較適宜：錐頂半徑-錐底半徑≈（0.5~0.6）t，其中 t 為 材料厚度，既符合錐體自定位的特點，又可減少 2 次 翻邊的難度。經計算求得整數單邊角度為 4°，取值約為 0.53（t  此時殼體波浪錐筒形的錐底比錐頂單邊大 3.7 mm，材料厚度 7 mm）

圖 10 成形模結構
1.凸模  2.凸模  3.定位軸  4.凹模 5.凹模
6.護圈  7.凹模鑲件 8.推件板

4.2    精壓沖孔模設計

精壓沖孔模要完成精壓、沖中心孔、標識和校 平工序，其結構如圖 11 所示。模具增加可靠性連接 和定位以提高生產穩定性，方便使用、維修和保證 零件成形質量，模具的相對高度、相對位置和沖裁 間隙、精壓壓塊、配合部分都需要進行計算。

4.3    整形校平模設計

整形校平模結構如圖 12 所示。
（1）離合器殼體在成形時翻邊為波浪錐筒形， 在該工序采用殼體內型腔定位可自找正，實現了零 件放入、取出操作準確、方便快捷。
（2）改進后的整形校平工序是二次翻邊與校平 同時進行，使離合器殼體最終成為波浪直筒形，成 形零件的直徑等關鍵尺寸一步完成并達到零件的 設計要求，殼體圓度、壁厚不均勻等問題有很大改 善。

圖 11 精壓沖孔模結構
1.凸模  2.凹模  3.凹模固定板 4.凹模鑲件
5.凹模  6.凸模  7.定位軸 8.退件環

圖 12 整形校平模結構
1.凸模  2.凸模  3.定位軸  4.凹模  5.凹模 6.護圈
7.凹模鑲件  8.凸模  9.凸模 10.推件板

（3）校平采用內反鐓形式可以保證螺栓孔有效 平區，外反鐓和內反鐓的區別如下：①外反鐓：優點 是殼體校平后的平面區范圍大且穩定，校平塊強度 稍好；缺點是殼體必須是直筒形，在模具上定位、放 件、取件困難，同時需要在校平前增加一道車削大 端面工序，車削加工用時久、效率低，且外反鐓容易 使殼體產生擦傷、裂口、外徑脹大，對模具整體損傷 大，影響成形零件質量；②內反鐓：優點是取消了 車削大端面工序，生產效率大幅提高。

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