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摘要：传动带是汽车离合器盖总成中的重要弹性元件，它的弯曲成形高度对离合器的分离等性能具有重要的影响。汽车离合器传动带的弯曲成形高度受到诸多工艺参数的影响，本文借助Dynaform有限元仿真软件对传动带的冲压成形过程进行研究，并且基于正交试验对冲压工艺参数进行优化，从而更好地指导企业的生产。
关键词：汽车离合器传动带；冲压成形；工艺参数；优化
传动带零件作为离合器盖总成中的重要弹性元件， 主要作用是传递扭矩。零件材料选用 CK75 高强度弹簧钢，厚度为 1. 1 mm， 由于传动带零件的材料屈服强度与弹性模量比值相对较大， 因而材料的弯曲成形性能不好， 容易引起汽车离合器传动带的成形回弹。通常需要对离合器传动带的成形型面进行 3 ～ 4 次修改才能得到合格的零件。然而随着有限元模拟技术的发展， 应用数值仿真技术对离合器传动带的成形高度进行预测以及工艺参数优化， 可以显著地降低企业的生产制造成本。
1、有限元模型的建立
图1为离合器传动带弯曲成形的有限元模型，传动带的材料为CK75，厚度为1.1mm，弹性模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3，材料的硬化指数为0.25，材料的各项异性指数R0、R45与R90分别为1.77、2.12以及2.48，摩擦系数设置为0.125，模具间隙设置成1.0t（t为传动带的厚度），上模的冲压速度设置成2000mm·s-1。
2、正交试验的设计与分析
图2为正交试验的流程图，其由5个部分组成：确定试验的评价指标、确定影响因素及其水平值、选择正交表、安排正交试验以及分析正交试验的结果。
2.1试验指标与影响因子水平的确定
汽车离合器传动带的弯曲成形高度会对离合器盖总成的压盘分离以及装配后的厚度尺寸等产生至关重要的影响，故本文选取传动带的弯曲成形高度作为正交试验的评价指标。此外，选取冲压工艺参数（模具间隙、冲压速度以及弯曲角度）来分析其对传动带弯曲成形高度的影响，并对冲压工艺参数进行了优化。其中模具间隙选取的三个影响因素水平分别为1.0t，1.05t与1.1t（t为传动带的厚度）；冲压速度选取的三个影响因素水平分别为2000，2500与3000mm·s-1；弯曲角度选取的三个影响因素水平分别为155°，160°与165°。
2.2正交表的选择
在传动带弯曲成形的正交试验中，本文选择模具间隙、冲压速度以及弯曲角度3个影响因子来研究其对离合器传动带成形高度的影响，并且每个影响因子选择了3个水平。为了减少传动带弯曲成形的数值仿真次数，本文选择L9（34）正交表进行离合器传动带的数值模拟。
2.3正交试验及结果分析
利用有限元软件Dynaform模拟了离合器传动带的成形回弹过程，得出的有限元模拟结果如表1所示。为了分析冲压工艺参数对离合器传动带弯曲成形高度影响的主次顺序，本文对表1的正交试验结果进行了极差分析，得出的结果如表2所示。其中Kij表示第j列上水平号为i时的试验结果之和；Kij=1/sKij，s为第j列上水平号为i时出现的次数；Kij为第j列的因素取水平i时，进行正交试验所得到的试验结果的平均值。极差的表达式可以描述为Rj=maxi{Kij}-mini{Kij}。极差值越大，则说明该影响因素的水平改变对正交试验结果的影响程度也越大。
由表2中可以看出，影响汽车离合器传动带弯曲成形高度的主次顺序分别为：模具间隙>弯曲角度>冲压速度。此外，离合器传动带的弯曲成形高度随着模具间隙以及弯曲角度的不断增加而呈现逐渐增大的变化趋势，然而随着冲压速度的增加则呈现逐渐减小的趋势。分析其原因为：
（1）随着模具间隙的增加，材料容易发生流动，减小了板料成形过程中的阻力，从而减少了离合器传动带的塑性变形成分，使得板料的回弹值增大，增加了离合器传动带的成形高度；
（2）冲压速度的增加影响材料塑性变形发展的整个过程，增加了金属的变形抗力，从而减小板料的回弹，使得传动带的成形高度降低；
（3）当板料的相对弯曲半径为定值时，弯曲角度愈大，则说明传动带变形区域内的弯曲变形长度越长，金属板料所积累的弹性变形总量较大。
3、冲压工艺参数的优化与实验验证
通过传动带冲压成形正交试验结果的极差分析可以得出最优的冲压工艺方案为A3B1C3，借助有限元软件Dynaform对优化后的试验方案进行数值模拟，得出传动带成形的仿真结果，其模拟值为5.04mm。而根据表1可知离合器传动带成形的最优试验方案为A3B1C2，从而体现了正交试验设计的优点。
采用J31G-125閉式高速压力机以及冲压成形模具对优化后的工艺参数进行实验验证，压机技术参数为：公称压力1250kN，滑块行程30mm，最大装模高度400mm，装模高度的调节量为50mm。
优化工艺参数后获得的冲压成形传动带零件的成形高度为4.73mm，模拟值与实验值的误差为6.15%，该误差值在零件技术要求允许的10%范围之内，即在传动带零件的设计要求值4.6～5.1mm范围内。实验值与模拟值产生误差的主要原因为：在离合器传动带冲压成形的实际生产过程之中，材料的性能以及机床的参数等因素都会对成形高度产生至关重要的影响，上述因素使得实验值比有限元模拟值要小。基于上述的分析与实验验证，可以确定离合器传动带零件的冲压成形优化工艺方案为：模具间隙为1.1tmm，冲压速度为2000mm·s-1和弯曲角度为165°。
4、结语
借助仿真软件Dynaform对汽车离合器传动带的成形回弹进行数值模拟，并利用正交试验进行工艺参数的优化。通过正交试验的极差分析得出影响因子对传动带成形高度影响的顺序依次为：模具间隙>弯曲角度>冲压速度。此外，汽车离合器传动带冲压成形的优化工艺方案为：模具间隙为1.1tmm，冲压速度为2000mm·s-1以及弯曲角度为165°。通过正交试验优化得出的试验方案的有限元仿真值与实验值分别为5.04mm与4.73mm，两者之间的误差为6.15%，该误差在企业实际生产的可接受范围之内。
参考文献：
[1]刘奎武，边巍.离合器传动带成形回弹的研究[J].锻压技术，2015，40（7）：38-42.
[2]彭桂枝.汽车离合器传动带冲压成形工艺参数的优化[J].锻压技术，2016，41（3）：144-147.
（作者单位：桂林福达股份有限公司）
关键词：汽车离合器传动带；冲压成形；工艺参数；优化
传动带零件作为离合器盖总成中的重要弹性元件， 主要作用是传递扭矩。零件材料选用 CK75 高强度弹簧钢，厚度为 1. 1 mm， 由于传动带零件的材料屈服强度与弹性模量比值相对较大， 因而材料的弯曲成形性能不好， 容易引起汽车离合器传动带的成形回弹。通常需要对离合器传动带的成形型面进行 3 ～ 4 次修改才能得到合格的零件。然而随着有限元模拟技术的发展， 应用数值仿真技术对离合器传动带的成形高度进行预测以及工艺参数优化， 可以显著地降低企业的生产制造成本。
1、有限元模型的建立
图1为离合器传动带弯曲成形的有限元模型，传动带的材料为CK75，厚度为1.1mm，弹性模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3，材料的硬化指数为0.25，材料的各项异性指数R0、R45与R90分别为1.77、2.12以及2.48，摩擦系数设置为0.125，模具间隙设置成1.0t（t为传动带的厚度），上模的冲压速度设置成2000mm·s-1。
2、正交试验的设计与分析
图2为正交试验的流程图，其由5个部分组成：确定试验的评价指标、确定影响因素及其水平值、选择正交表、安排正交试验以及分析正交试验的结果。
2.1试验指标与影响因子水平的确定
汽车离合器传动带的弯曲成形高度会对离合器盖总成的压盘分离以及装配后的厚度尺寸等产生至关重要的影响，故本文选取传动带的弯曲成形高度作为正交试验的评价指标。此外，选取冲压工艺参数（模具间隙、冲压速度以及弯曲角度）来分析其对传动带弯曲成形高度的影响，并对冲压工艺参数进行了优化。其中模具间隙选取的三个影响因素水平分别为1.0t，1.05t与1.1t（t为传动带的厚度）；冲压速度选取的三个影响因素水平分别为2000，2500与3000mm·s-1；弯曲角度选取的三个影响因素水平分别为155°，160°与165°。
2.2正交表的选择
在传动带弯曲成形的正交试验中，本文选择模具间隙、冲压速度以及弯曲角度3个影响因子来研究其对离合器传动带成形高度的影响，并且每个影响因子选择了3个水平。为了减少传动带弯曲成形的数值仿真次数，本文选择L9（34）正交表进行离合器传动带的数值模拟。
2.3正交试验及结果分析
利用有限元软件Dynaform模拟了离合器传动带的成形回弹过程，得出的有限元模拟结果如表1所示。为了分析冲压工艺参数对离合器传动带弯曲成形高度影响的主次顺序，本文对表1的正交试验结果进行了极差分析，得出的结果如表2所示。其中Kij表示第j列上水平号为i时的试验结果之和；Kij=1/sKij，s为第j列上水平号为i时出现的次数；Kij为第j列的因素取水平i时，进行正交试验所得到的试验结果的平均值。极差的表达式可以描述为Rj=maxi{Kij}-mini{Kij}。极差值越大，则说明该影响因素的水平改变对正交试验结果的影响程度也越大。
由表2中可以看出，影响汽车离合器传动带弯曲成形高度的主次顺序分别为：模具间隙>弯曲角度>冲压速度。此外，离合器传动带的弯曲成形高度随着模具间隙以及弯曲角度的不断增加而呈现逐渐增大的变化趋势，然而随着冲压速度的增加则呈现逐渐减小的趋势。分析其原因为：
（1）随着模具间隙的增加，材料容易发生流动，减小了板料成形过程中的阻力，从而减少了离合器传动带的塑性变形成分，使得板料的回弹值增大，增加了离合器传动带的成形高度；
（2）冲压速度的增加影响材料塑性变形发展的整个过程，增加了金属的变形抗力，从而减小板料的回弹，使得传动带的成形高度降低；
（3）当板料的相对弯曲半径为定值时，弯曲角度愈大，则说明传动带变形区域内的弯曲变形长度越长，金属板料所积累的弹性变形总量较大。
3、冲压工艺参数的优化与实验验证
通过传动带冲压成形正交试验结果的极差分析可以得出最优的冲压工艺方案为A3B1C3，借助有限元软件Dynaform对优化后的试验方案进行数值模拟，得出传动带成形的仿真结果，其模拟值为5.04mm。而根据表1可知离合器传动带成形的最优试验方案为A3B1C2，从而体现了正交试验设计的优点。
采用J31G-125閉式高速压力机以及冲压成形模具对优化后的工艺参数进行实验验证，压机技术参数为：公称压力1250kN，滑块行程30mm，最大装模高度400mm，装模高度的调节量为50mm。
优化工艺参数后获得的冲压成形传动带零件的成形高度为4.73mm，模拟值与实验值的误差为6.15%，该误差值在零件技术要求允许的10%范围之内，即在传动带零件的设计要求值4.6～5.1mm范围内。实验值与模拟值产生误差的主要原因为：在离合器传动带冲压成形的实际生产过程之中，材料的性能以及机床的参数等因素都会对成形高度产生至关重要的影响，上述因素使得实验值比有限元模拟值要小。基于上述的分析与实验验证，可以确定离合器传动带零件的冲压成形优化工艺方案为：模具间隙为1.1tmm，冲压速度为2000mm·s-1和弯曲角度为165°。
4、结语
借助仿真软件Dynaform对汽车离合器传动带的成形回弹进行数值模拟，并利用正交试验进行工艺参数的优化。通过正交试验的极差分析得出影响因子对传动带成形高度影响的顺序依次为：模具间隙>弯曲角度>冲压速度。此外，汽车离合器传动带冲压成形的优化工艺方案为：模具间隙为1.1tmm，冲压速度为2000mm·s-1以及弯曲角度为165°。通过正交试验优化得出的试验方案的有限元仿真值与实验值分别为5.04mm与4.73mm，两者之间的误差为6.15%，该误差在企业实际生产的可接受范围之内。
参考文献：
[1]刘奎武，边巍.离合器传动带成形回弹的研究[J].锻压技术，2015，40（7）：38-42.
[2]彭桂枝.汽车离合器传动带冲压成形工艺参数的优化[J].锻压技术，2016，41（3）：144-147.
（作者单位：桂林福达股份有限公司）