[摘要] 為了提高產品質量，節省材料和提高生產率，采用劈開式旋壓工藝將拉深的毛坯旋壓成汽車發動機用V 型或多楔式皮帶輪。所研制的旋壓式皮帶輪的產品質量及技術性能達到了國際同類產品的水平。
關鍵詞：汽車發動機 V 型皮帶輪 旋壓

1 引言

皮帶輪是一種重要的機械傳動零件，它廣泛應用于汽車、農機及輕紡工業的各種機械設備的傳動中。皮帶輪的傳統制造工藝是采用鑄造工藝制成毛坯，再經切削加工制成，傳統制造工藝的缺點是嚴重浪費材料、生產率低、產品精度低，所生產的皮帶輪產品因精度低，需要進行平衡處理。為了克服傳統工藝的缺點并實現皮帶輪的輕量化，近30 年來世界各國均致力于用板料液壓漲形[1]或旋壓成形板料皮帶輪的研究開發[2]、[3]。其中具有代表意義的是德國萊菲爾德公司（LEIFELD）研制的劈開式旋壓皮帶輪工藝及專用皮帶輪旋壓機，采用此工藝與設備生產的皮帶輪迅速應用于汽車發動機上，并帶動了各國在該領域的研究與應用。在我國北京航空航天部工藝研究所最早開始該方面的研究工作，并于15 年前在河北省景縣合作建立了國內第一條旋壓V 型皮帶輪生產線[4]，采用引進德國專用旋壓機和旋壓技術，產品為上海桑塔納、北京切諾基、天津夏利等車型配套。為了適應中國第一汽車集團公司轎車產品發展的需要，實現就地就近配套，我們在一汽集團和長春市有關部門的支持下，于1998 年開始汽車發動機V 型皮帶輪旋壓工藝的研究，至2000 年末研制出合格產品，產品通過國家汽車質量監督檢驗中心檢測合格后，進行批量試裝，并被一汽集團確認為配套產品。

2 V 型皮帶輪的旋壓成形工藝

2.1 V 型皮帶輪旋壓工藝原理

如圖1 所示，將拉深成盂并帶有中心孔的皮帶輪毛坯3 放進專用旋壓機的芯模工件上裝夾后，芯模連同毛坯隨旋壓機主軸旋轉，之后具有硬質尖角的旋輪1 對毛坯的矩形截面的邊緣作逐漸徑向進給劈入，于是將其邊緣面劈開呈“Y”字形兩部分。依次有序連續進給，被旋金屬產生連續局部塑性變形，便可得到皮帶輪輪槽的截面形狀。

1—旋輪 2—芯模 3—工件
圖1 V型皮帶輪的劈入旋壓成形原理

2.2 V 型皮帶輪的分類及其旋壓成形過程

根據V 型皮帶輪的結構和旋壓變形特點，可分為三大類：折疊式皮帶輪（圖2a）、多楔式皮帶輪（圖2b）、剖分式皮帶輪（圖2c）。

圖2 V型皮帶輪的分類

由于折疊式皮帶輪的變形特點是改變毛坯截面沿軸向的形狀，而板料厚度基本不減薄。因此，為了控制皮帶輪V 型槽底部不減薄，在旋壓過程中要采用逐步過渡的旋壓工藝過程。而且要先預旋成形后精旋成形兩步成形，并同時要對毛坯軸向加壓以補充材料并產生折疊。

多楔式皮帶輪的成形是首先用預旋旋輪對毛坯徑向加載進給，使毛坯在厚度方向上產生預定的局部增厚，然后再用精旋旋輪精旋，于是增厚后形成多V 型楔式皮帶輪。

剖分式皮帶輪的成形是先用尖劈旋輪對準毛坯厚度矩形截面的1/2 處做徑向進給，在厚度方向上劈成一分為二。之后用成型旋輪旋壓成V 型槽。

2.3 旋壓設備與工藝裝備

2.3.1 旋壓設備

選用國產立式皮帶輪專用旋壓機作為主機設備，旋壓機的主要技術指標見表1，我們在生產線上采用2 臺45t 三工位旋壓機，一臺20t 二工位旋壓機，并匹配了液壓機、沖床、剪板機電泳涂裝線等通用設備。

表1 專用旋壓機的主要技術參數

表2 加工制品的范圍

2.3.2 旋壓工藝裝備

（1）整形與整修模具

為保證產品質量和定位精度，對拉深毛坯需進行整形以使同軸度和平面度提高。另外應對被旋壓毛坯的外緣進行整修，保證表面平整。整形模與整修模設計參照文獻[5]。

（2）旋輪與芯模

旋輪是使旋壓工藝取得良好效果的關鍵因素之一。皮帶輪的外徑尺寸、輪槽形狀及表面粗糙度都靠旋輪來保證。在工作時，旋輪與毛坯局部接觸，承受著巨大的接觸壓力、劇烈的摩擦和較高的工作溫度。

因此，工作條件要求旋輪的材質應具有足夠高的強度、硬度、強韌性和耐磨性。我們采用Cr12MoV 高鉻工具鋼制造旋輪，同時采用較嚴格的熱處理工藝，淬火前進行正火消除應力，淬火硬度為57~59HRC。

要根據產品圖紙對皮帶輪槽型及槽角的要求設計旋輪的形狀尺寸，根據旋壓設備對旋輪最大和最小尺寸的要求來確定旋輪的直徑。為了增加旋輪的使用壽命，其工作表面要進行拋光使其表面粗糙度達到0.4 m m。

芯模是旋壓過程中不可缺少的工藝裝備。旋壓時芯模的外表面與皮帶輪的內表面接觸，一方面起支承定位作用，另一方面其工作表面還要承受相當大的局部作用力及材料變形流動而引起的劇烈摩擦。因此，對芯模的要求是兼顧強度、剛度及強韌性。實際中我們采用的是用20CrMnTi 鋼制造芯模，表面淬火硬度為45HRC。

為了實現自動卸模并提高生產率，我們設計了偏心支撐輪結構的組合芯模，其工作原理是：利用旋壓機下頂出的不旋轉，用一偏心軸承體通過長螺栓與之固定，又通過一圈滾柱把偏心固定在偏心軸承體上。這樣便達到偏心輪既能自轉又中心固定的目的。經過反復試驗，實現了旋壓皮帶輪的自動卸件。

2.4 生產工藝流程

V 型皮帶輪旋壓生產線的工藝流程及各工序的制品如圖3 所示。

圖3 V型皮帶輪旋壓線工藝流程及各工序制品

3 產品技術性能指標與經濟效益分析

3.1 產品主要技術性能指標與國內外同類產品的對比

我們所旋壓的V 型皮帶輪產品經國家汽車質量監督檢驗中心（長春汽車研究所）按照中國第一汽車集團公司的企業標準Q/CACB1000－3－1996，進行了樣品檢查與480 小時的臺架試驗。經檢查尺寸合格，經過480 小時可靠性試驗未見異常。檢驗結論是：產品合格。

我們研制與生產的V 型旋壓皮帶輪的主要技術性能指標同國內外同類產品對比情況見表3。

表3 產品的主要技術性能指標

3.2 經濟效益分析及國內市場需求量分析

采用板料旋壓V 型皮帶輪具有顯著的經濟效益：

（1）材料利用率較高，較傳統工藝材料利用率提高15％~30％。
（2）產品重量輕，較切削加工的皮帶輪輕30％~60％。
（3）生產率高（2~3 件/分鐘），比傳統工藝提高4 倍以上。
（4）產品轉動慣量少，平衡性好，不需再平衡處理。

總計旋壓V 型皮帶輪能比傳統方法生產皮帶輪降低生產成本25％~30％。

至2000 年我國共生產各種汽車200 萬輛。若按每輛汽車采用旋壓Ｖ型皮帶輪4 件計算，僅配套裝車一年就需皮帶輪800 萬件，社會配件市場需求量按配套裝車用量的1/4 計算，配件市場的年需求量為200萬件。故國內汽車行業對皮帶輪的總需求量在1000 萬件至1500 萬件之間。隨著我國汽車工業的快速發展，對旋壓V 型皮帶輪的需求量會越來越大。

4 結論

V 型皮帶輪旋壓工藝是一種快捷、高效的連續局部塑性成形新工藝，它與傳統工藝相比具有節材、節能、降低成本等綜合經濟效益。旋壓的V 型皮帶輪產品質量好，不需要平衡處理，特別適用于汽車發動機的皮帶輪。采用本工藝所生產的皮帶輪已實現就近為中國第一汽車集團公司的CA488 發動機和CA7120 紅旗轎車的水泵、曲輪及風扇輪等配套。旋壓皮帶輪還可推廣應用于機械、輕工、家電等行業，具有廣闊的國內市場與應用前景。

參考文獻
1 《沖模設計手冊》編寫組．沖模設計手冊．北京：機械工業出版社，1988， 365~367
2 王成和，劉克璋編．旋壓技術．北京：機械工業出版社，1986， 88~89
3 日本塑性加工學會編．スピニンゲ加工技? ．東京：日刊工業新? 社．1984，123~125
4 中國汽車工業總公司汽車資料服務部編印．北京：引進汽車零部件企業名錄．1996， 55~56
5 王孝培主編．實用沖壓技術手冊．北京：機械工業出版社，2001， 145~148