摘?要：以一種更具效率的方式加工轉(zhuǎn)子毛坯，本文所提及的轉(zhuǎn)子廣泛應(yīng)用于滑片式空氣壓縮機(jī)。轉(zhuǎn)子的外形結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，兩端各一個(gè)直徑較細(xì)的軸肩，中間部分直徑較大，本文制定了轉(zhuǎn)子溫鍛成形的工藝方案，采用剛塑性有限元法對(duì)其成形過(guò)程進(jìn)行模擬，同時(shí)在此基礎(chǔ)上對(duì)工藝方案進(jìn)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(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子;有限元模擬;溫鍛成形

近年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高以及工業(yè)技術(shù)水平的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)零部件的要求越來(lái)越高，這也間接地促進(jìn)了機(jī)械設(shè)備的發(fā)展達(dá)到了嶄新的水平。也正是由于不斷地有新的技術(shù)以及新產(chǎn)品的出現(xiàn)才促進(jìn)了工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)能力得到了更有效的保證?？諝鈮嚎s機(jī)作為機(jī)械設(shè)備中的一員，在這種快速發(fā)展潮流的涌動(dòng)下也正悄悄地進(jìn)行著一場(chǎng)革命，從活塞式壓縮機(jī)到螺桿式壓縮機(jī)再到滑片式壓縮機(jī)，空壓機(jī)的內(nèi)在品質(zhì)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，。而這種行業(yè)發(fā)展的本質(zhì)也間接地說(shuō)明了了機(jī)械設(shè)備在未來(lái)的發(fā)展方向：機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中德的運(yùn)動(dòng)部件將會(huì)逐步減少，而零部件的加工、配合精密度的要求也將會(huì)逐步提高。滑片式空氣壓縮壓機(jī)也被成為旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)，其工作原理是通過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子滑槽中的葉片與氣缸之間密封空間的變化實(shí)現(xiàn)氣體壓縮，最終實(shí)現(xiàn)將電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成為氣體流動(dòng)的一種壓縮機(jī)?；娇諝鈮嚎s機(jī)是容積式壓縮機(jī)家族成員中的一員，與活塞式空壓機(jī)相比，它沒(méi)有活塞運(yùn)動(dòng)，也就沒(méi)有吸氣、排氣閥和曲軸連桿結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，能夠同原電機(jī)直接連接，因此轉(zhuǎn)速可較高。與活塞式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)相比制造相對(duì)容易，操作維修保養(yǎng)方便，同時(shí)由于滑片式空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)式的容積壓縮機(jī)，所以其在工作過(guò)程中比較平靜，振動(dòng)小，沒(méi)有復(fù)雜的程序?；娇諌簷C(jī)以體積小、重量輕、噪音低、操作簡(jiǎn)單可靠性高的優(yōu)勢(shì)，被廣泛的應(yīng)用到新能源客車、電車領(lǐng)域?；娇諝鈮嚎s機(jī)的主機(jī)部分主要是由轉(zhuǎn)子和定子組成，其結(jié)構(gòu)與葉片泵的結(jié)構(gòu)相仿，都是在轉(zhuǎn)子上切有縱向的滑槽以供滑片能夠在滑槽中滑動(dòng);氣缸作為定子，將轉(zhuǎn)子偏心安裝在氣缸中，然后將氣缸兩端以缸蓋密封。當(dāng)空氣壓縮機(jī)工作時(shí)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子在氣缸中轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生較大的離心力，使得滑片自滑槽中甩出直至與氣缸緊密接觸，從而在滑片、轉(zhuǎn)子外壁與氣缸內(nèi)壁間形成一個(gè)封閉的空間。其工作原理是在吸氣過(guò)程中，空氣經(jīng)由過(guò)濾器被吸入壓縮腔，并與噴入主機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油混合。在壓縮過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)子與氣缸之間是偏心安裝，所以隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)葉片之間的密閉空間的體積會(huì)隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而逐漸縮小，密閉空間中的氣體壓力就會(huì)隨著密閉空間的變小而升高，之后油氣混合物通過(guò)排氣口高壓排出。

1 工藝方案制定

轉(zhuǎn)子的傳統(tǒng)工藝是首先經(jīng)過(guò)鑄造得到毛坯，由于鑄件在鑄造時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣孔、縮孔、疏松、夾層、偏析等缺陷，所以就導(dǎo)致需要在機(jī)加工時(shí)將這些缺陷車除從而導(dǎo)致機(jī)加工生產(chǎn)效率的降低。還有一種工藝是直接用圓鋼車削，這種工藝的同樣加工余量比較大，尤其是軸肩部分;這兩種加工工藝的余量大從而導(dǎo)致材料損耗大、加工周期長(zhǎng)從而使得成本較高。而經(jīng)過(guò)鍛造成形的毛坯則不會(huì)出現(xiàn)鑄造所產(chǎn)生的這些缺陷，所以鍛造成形的毛坯的加工余量要比鑄造和圓鋼的小，并且金屬材料在經(jīng)過(guò)溫鍛鍛造成形的方法加工后，金屬材料會(huì)發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象，使原來(lái)鋼錠或者圓鋼棒料出廠時(shí)的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，并且由于鍛造壓力的作用使金屬材料中原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實(shí)和焊合，使得金屬材料的組織變得更加致密，從而對(duì)金屬材料的力學(xué)性能有一定的強(qiáng)化和提升作用。此外由于鍛造過(guò)程中金屬材料在模具中產(chǎn)生流動(dòng)現(xiàn)象并與模具內(nèi)部形狀（產(chǎn)品的外形）一致，其中的纖維組織保留完整，從而可以保證鍛件良好的力學(xué)性能，這些內(nèi)部組織的優(yōu)越性能都是鑄件和圓鋼所不具有的。由于轉(zhuǎn)子是經(jīng)過(guò)鍛造直接成形，并且兩端軸肩都是在模具的型腔中，所以其兩端軸肩與中間部分的同軸度可以得到較好的保證，因此采取溫鍛方案。為了避免工件由棒料直接將兩端軸肩擠壓成形所產(chǎn)生的擠壓力過(guò)大，因此采取兩道工序，棒料先擠壓短的軸肩然后再擠壓較長(zhǎng)的軸肩，所以轉(zhuǎn)子的工藝路線是：下料、拋丸、涂層、加熱、內(nèi)反擠I、內(nèi)反擠II、機(jī)加工。

2 有限元模擬分析

轉(zhuǎn)子溫鍛成形的關(guān)鍵工序是兩端軸肩的內(nèi)反擠成形。由于該工件的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，考慮到設(shè)備行程及模具退料，所以選用與轉(zhuǎn)子直徑相近的圓鋼棒料，這樣可以省卻鐓粗（準(zhǔn)備鍛前坯料）這一步驟。為了能夠深入了解轉(zhuǎn)子內(nèi)反擠沖頭在內(nèi)反擠這一過(guò)程中的受力情況，及金屬材料在鍛造過(guò)程中是否會(huì)產(chǎn)生缺陷以及其他問(wèn)題，因此選擇采用Deform-3D有限元分析軟件將轉(zhuǎn)子鍛造過(guò)程中的變形過(guò)程參數(shù)化模擬。首先選取與轉(zhuǎn)子材質(zhì)近似的材質(zhì)ANSI-1045，將其設(shè)置為塑性體，并將塑性體轉(zhuǎn)子的坯料溫度設(shè)置為1000℃，同時(shí)將凸模（Topdie）和下模（Botton）溫度設(shè)置為200℃，并將模具定義為剛性，忽略工件在成形過(guò)程中溫升效應(yīng)，坯料與模具的接觸摩擦因子選擇溫鍛的0.25，設(shè)置主模具Topdie（內(nèi)反擠沖頭）的行程為81mm，并將原始工件分割為50000個(gè)四面體有限單元進(jìn)行分析。根據(jù)下圖可以清楚地了解到，沖頭在將工件鐓粗直至充滿整個(gè)模具內(nèi)腔后開(kāi)始軸肩的內(nèi)反擠時(shí)所承受的壓力最大，達(dá)到6690kN并趨于穩(wěn)定至終了位置，內(nèi)反擠沖頭的端面截面積約為5636 mm2，內(nèi)反擠沖頭的單位面積受到的壓力約1187N/mm2。由于關(guān)鍵工序中，軸肩經(jīng)過(guò)內(nèi)反擠向上流動(dòng)時(shí)由于金屬流動(dòng)與模具摩擦產(chǎn)生摩擦力導(dǎo)致擠壓力增大，因此調(diào)整模具結(jié)構(gòu)，在沖頭的口部車一個(gè)5mm長(zhǎng)，角度為5°單邊0.2mm的韌帶，減少軸肩與沖頭之間的摩擦距離從而減少摩擦力，由于內(nèi)反擠時(shí)，內(nèi)反擠的沖頭將轉(zhuǎn)子的整個(gè)軸肩包裹在沖頭之中，這就導(dǎo)致沖頭結(jié)構(gòu)變?yōu)楸谑绞沟脹_頭的整體強(qiáng)度有所降低，同時(shí)由于沖頭于轉(zhuǎn)子的接觸部位較多，所以沖頭的升溫速度較快，根據(jù)這一特殊要求所以沖頭材料需要選用硬度相對(duì)較高并且回火溫度相對(duì)較高的材質(zhì)，綜合性價(jià)比之后選擇65Nb或DY44，這兩種材質(zhì)的硬度都可以達(dá)到58-60HRC，并且回火溫度都在520以上，可以滿足轉(zhuǎn)子內(nèi)反擠沖頭易升溫的特性。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)有限元分析結(jié)果，在確定鍛造過(guò)程中鍛件各臺(tái)階處飽滿無(wú)缺肉現(xiàn)象以及沒(méi)有折疊等鍛造缺陷產(chǎn)生的情況下，通過(guò)調(diào)整鍛造壓力機(jī)的行程光控來(lái)控制內(nèi)反擠成形出的軸肩高度。針對(duì)退料力過(guò)大導(dǎo)致退料過(guò)程中軸肩部分鐓粗或者由于頂桿頂料造成凹陷的現(xiàn)象，由于該產(chǎn)品的中間部分長(zhǎng)度角長(zhǎng)，與模具的接觸長(zhǎng)度較大，所以摩擦力較大，因此在凹模上能夠保證定位的基礎(chǔ)前提下在模具的內(nèi)腔中車一個(gè)單邊0.3mm的錐度，從而達(dá)到減小退料力的效果。通過(guò)實(shí)際試制，達(dá)到預(yù)期效果，能夠滿足批量生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳詩(shī).冷溫?cái)D壓技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[2]馮飛.梅花聯(lián)軸器的溫鍛成形與分析[J].科技風(fēng)，2018，4，10.