一种爪极预锻组合模具

摘要

本发明公开了一种爪极预锻组合模具，模芯外表面在每个爪腔相对应的位置分别开设有弧形凹槽，弧形凹槽两端延伸至模芯的两个端面；预应力环上在每个与弧形凹槽相对应的位置均设有弧形凸起；当模芯完全嵌入到预应力环后，弧形凸起插入到弧形凹槽中，弧形凸起的凸起面与弧形凹槽的凹槽面贴合，弧形凸起的侧面与弧形凹槽的侧面产生贴合；凸起面与凹槽面以及预应力环的环形内表面与模芯的第一环形外表面之间过盈装配。通过设置弧形凹槽和弧形凸起，爪极预锻组合模具可以装配两种不同的过盈量，能更加灵活、精准、有效的调整模芯预应力的分布，在维持凸台腔有足够强度的前提下，可对模芯爪腔产生较大的局部预紧力，降低爪腔开裂的风险，提高模具寿命。

权利要求

1.一种爪极预锻组合模具，其特征在于，包括模芯(1)和预应力环(2)，模芯(1)外表面在每个与爪腔(12)相对应的位置分别开设有弧形凹槽(11)，弧形凹槽(11)两端分别延伸至模芯(1)的两个端面；预应力环(2)上在与每个弧形凹槽(11)相对应的位置均设有弧形凸起(21)；当模芯(1)完全嵌入到预应力环(2)后，弧形凸起(21)插入到弧形凹槽(11)中，弧形凸起(21)的凸起面(22)与弧形凹槽(11)的凹槽面(13)贴合，凹槽面(13)与弧形凹槽(11)的侧面之间设有凹槽圆角(15)，弧形凸起(21)的侧面与凸起面(22)之间设有凸起圆角(24)，模芯(1)的环形外表面一段为第一环形外表面(14)，另一段为第二环形外表面(18)，第一环形外表面(14)与第二环形外表面(18)之间采用圆角过渡；凸起面(22)与凹槽面(13)之间过盈装配，预应力环(2)的环形内表面(23)与第一环形外表面(14)之间过盈装配，第二环形外表面(18)的直径小于第一环形外表面(14)的直径；模芯(1)的环形外表面与弧形凹槽(11)的侧面之间设有环形外表面圆角(17)，预应力环(2)的环形内表面(23)与弧形凸起(21)的侧面之间设有环形内表面圆角(25)；弧形凹槽(11)的侧面与弧形凸起(21)的侧面之间贴合；

弧形凸起(21)的高度大于爪腔(12)的深度；第一环形外表面(14)的高度等于弧形凸起(21)的高度。

2.根据权利要求1所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，凸起面(22)与凹槽面(13)之间装配的过盈量为0.20‑0.40mm，环形内表面(23)与第一环形外表面(14)之间装配的过盈量为0.10‑0.30mm，凸起面(22)与凹槽面(13)之间装配的过盈量大于环形内表面(23)与第一环形外表面(14)之间装配的过盈量。

3.根据权利要求2所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，凸起面(22)与凹槽面(13)之间装配的过盈量比环形内表面(23)与第一环形外表面(14)之间装配的过盈量大

0.05mm‑0.10mm。

4.根据权利要求1所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，凹槽面(13)为一段凸起的圆柱面，凸起面(22)为一段下凹的圆柱面，凸起面(22 )与凹槽面(13 )的曲率相同。

5.根据权利要求1所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，凸起圆角(24)的半径大于凹槽圆角(15)的半径。

6.根据权利要求5所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，凸起圆角(24)的半径为

4.00‑5.00mm，凸起圆角(24)的半径比凹槽圆角(15)的半径大2.00mm。

7.根据权利要求1所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，环形外表面圆角(17)的半径大于环形内表面圆角(25)的半径。

8.根据权利要求7所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，环形外表面圆角(17)的半径为4.00‑5.00mm，环形外表面圆角(17)的半径比环形内表面圆角(25)的半径大2.00mm。

9.根据权利要求1所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，弧形凸起(21)的高度比爪腔(12)的深度大10.00‑20.00mm。

10.根据权利要求1所述的一种爪极预锻组合模具，其特征在于，第一环形外表面(14)的直径比第二环形外表面(18)的直径大2.00mm。

说明书

一种爪极预锻组合模具

技术领域

[0001] 本发明属于汽车发电机技术领域，具体涉及一种爪极预锻组合模具。

背景技术

[0002] 爪极是汽车发电机中的关键零件，通常采用热锻成型，包括镦粗、预锻、终锻和切边等工序。由于爪极预锻模芯型腔结构复杂，且成形时变形量较大，载荷也较大，在循环热
应力和机械应力的作用下，会出现严重的热机械疲劳，在较少的锻造次数后就会出现开裂。

[0003] 爪极预锻模模芯的中心有一个凸台腔，周向上分布着6‑8个爪腔。爪腔两侧的圆角较小，容易产生应力集中，而凸台腔由于应力大也存在应力集中，这两个部位往往最先开
裂。采用传统环状预应力环+圆柱形模芯的组合模具形式，难以解决模芯不同型腔对预应力
需求不一样的问题。若为了降低爪腔的开裂风险，一般是增大装配过盈量，虽然会提升凸台
腔的强度，但会在爪腔侧面形成挤出效应，导致爪腔变形，反而更易开裂，同时也会增加预
应力环开裂的风险。若为了防止爪腔侧面出现挤出效应，减小装配过盈量，又不能保证组合
模具的强度，给爪腔和凸台腔提供足够的预紧力。所以采用传统环状预应力环+圆柱形模芯
的组合模具形式，增大或减少预紧力很难同时使爪腔和凸台腔的强度得到提升，不能解决
由于模芯预应力分布不合理而导致的爪腔和凸台腔应力较大和过早失效的问题。

发明内容

[0004] 为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种爪极预锻组合模具，该模具能在维持凸台腔有足够强度的前提下，对爪腔内部产生大的局部预紧力，使模芯上
的预应力分布更合理，从而有效降低爪腔的应力，提高爪极预锻模具寿命。

[0005] 本发明采用的技术方案如下：

[0006] 一种爪极预锻组合模具，包括模芯和预应力环，模芯外表面在每个与爪腔相对应的位置分别开设有弧形凹槽，弧形凹槽两端分别延伸至模芯的两个端面；模芯能够嵌入到
预应力环中，预应力环上在与每个弧形凹槽相对应的位置均设有弧形凸起；当模芯完全嵌
入到预应力环后，弧形凸起插入到弧形凹槽中，弧形凸起的凸起面与弧形凹槽的凹槽面贴
合，凹槽面与弧形凹槽的侧面之间设有凹槽圆角，弧形凸起的侧面与凸起面之间设有凸起
圆角，模芯的环形外表面一段为第一环形外表面，另一段为第二环形外表面，第一环形外表
面与第二环形外表面之间采用圆角过渡；凸起面与凹槽面之间过盈装配，预应力环的环形
内表面与第一环形外表面之间过盈装配，第二环形外表面的直径小于第一环形外表面的直
径；模芯的环形外表面与弧形凹槽的侧面之间设有环形外表面圆角，预应力环的环形内表
面与弧形凸起的侧面之间设有环形内表面圆角；弧形凹槽的侧面与弧形凸起的侧面之间贴
合；弧形凸起的高度大于爪腔的深度；第一环形外表面的高度等于弧形凸起的高度。

[0007] 优选的，凸起面与凹槽面之间装配的过盈量为0.20‑0.40mm，环形内表面与第一环形外表面之间装配的过盈量为0.10‑0.30mm，凸起面与凹槽面之间的过盈量大于环形内表
面与第一环形外表面之间的过盈量。

[0008] 优选的，凸起面与凹槽面之间的过盈量比环形内表面与第一环形外表面之间的过盈量大0.05‑0.10mm。

[0009] 优选的，凸起圆角的半径大于凹槽圆角的半径。

[0010] 优选的，凸起圆角的半径为4.00‑5.00mm，凸起圆角的半径比凹槽圆角的半径大2.00mm。

[0011] 优选的，环形外表面圆角的半径大于环形内表面圆角的半径。

[0012] 优选的，环形外表面圆角的半径为4.00‑5.00mm，环形外表面圆角的半径比环形内表面圆角的半径大2.00mm。

[0013] 优选的，弧形凸起的高度比爪腔的深度大10.00‑20.00mm。

[0014] 优选的，第一环形外表面的直径比第二环形外表面的直径大2.00mm。

[0015] 本发明具有如下有益效果：

[0016] 本发明将在模芯外表面设计弧形凹槽，预应力环上在每个与弧形凹槽相对应的位置均设有弧形凸起，当模芯完全嵌入到预应力环后，弧形凸起插入到弧形凹槽中，弧形凸起
的凸起面与弧形凹槽的凹槽面贴合。凸起面与凹槽面之间过盈装配，预应力环的环形内表
面与模芯的第一环形外表面之间过盈装配，因此本发明的爪极预锻组合模具能够装配两种
不同的过盈量。弧形凸起的高度大于爪腔的深度；第一环形外表面的高度等于弧形凸起的
高度，第一环形外表面的直径大于第二环形外表面的直径，这可以减小模芯与预应力环的
接触面积，增大预应力环对模芯的单位预紧力。综上，本发明组合模具能在维持凸台腔有足
够强度的前提下，对爪腔内部产生大的局部预紧力，使模芯上的预应力分布更合理，从而有
效降低爪腔的应力，提高爪极预锻模具寿命。

[0017] 进一步的，凸起面与凹槽面之间装配的过盈量为0.20‑0.40mm，环形内表面与第一环形外表面之间装配的过盈量为0.10‑0.30mm；凸起面与凹槽面之间装配的过盈量比环形
内表面与第一环形外表面之间装配的过盈量大0.05‑0.10mm。考虑到模芯爪腔的应力集中，
且应力值较大，凸起面与凹槽面之间装配的过盈量大于环形内部表面与环形外表面之间装
配的过盈量，可对模芯爪腔产生更大的局部预紧力。

[0018] 进一步的，凸起圆角的半径大于凹槽圆角的半径，环形外表面圆角的半径大于环形内表面圆角的半径。考虑到模具的弹性应变，在圆角处形成间隙，能防止在使用过程中，
弧形凸起与弧形凹槽之间产生较大的应力集中。

[0019] 进一步的，弧形凹槽的侧面与弧形凸起的侧面之间产成贴合。这能够防止模芯与预应力环在使用过程中发生相对转动，保证锻件精度。

附图说明

[0020] 图1为本发明的爪极预锻组合模具装配后的结构示意图；

[0021] 图2为本发明的爪极预锻组合模具装配后的纵剖图；

[0022] 图3(a)为本发明的爪极预锻组合模具的圆角贴合和接触间隙示意图；

[0023] 图3(b)为图3(a)的A部放大图；

[0024] 图4为本发明的爪极预锻组合模具的模芯结构示意图；

[0025] 图5(a)为本发明的爪极预锻组合模具的预应力环结构示意图；

[0026] 图5(b)图5(a)的B部放大图；

[0027] 图6为现有的爪极预锻组合模具应力分布图；

[0028] 图7为本发明的爪极预锻组合模具应力分布图。

[0029] 其中，1‑模芯，11‑弧形凹槽，12‑爪腔，13‑凹槽面，14‑第一环形外表面，15‑凹槽圆角，16‑凸台腔，17‑环形外表面圆角，18‑第二环形外表面，2‑预应力环，21‑弧形凸起，22‑凸
起面，23‑环形内表面，24‑凸起圆角，25‑环形内表面圆角，3‑贴合部，L1‑弧形凸起的高度，
L2‑第一环形外表面的高度，L3‑弧形凹槽的高度，D1‑弧形凸起的深度，D2‑弧形凹槽的宽度，
D3‑弧形凹槽的深度。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0031] 参照图1～图5(b)，本发明的爪极预锻组合模具，包括模芯1和预应力环2，模芯1外表面在每个与爪腔12相对应的位置分别开设有弧形凹槽11，弧形凹槽11两端分别延伸至模
芯1的两个端面；模芯1能够嵌入到预应力环2中，预应力环2在与每个弧形凹槽11相对应的
位置均设有弧形凸起21；当模芯1完全嵌入到预应力环2后，弧形凸起21插入到弧形凹槽11
中，弧形凸起21的凸起面22与弧形凹槽11的凹槽面13贴合，凹槽面13与弧形凹槽11的侧面
之间设有凹槽圆角15，弧形凸起21的侧面与凸起面22之间设有凸起圆角24，模芯1的环形外
表面一段为第一环形外表面14，另一段为第二环形外表面18，第一环形外表面14与第二环
形外表面18之间采用圆角过渡；凸起面22与凹槽面13之间过盈装配，环形内表面23与第一
环形外表面14之间过盈装配，第一环形外表面14的直径大于第二环形外表面18的直径；模
芯1的环形外表面与弧形凹槽11的侧面之间设有环形外表面圆角17，预应力环2的环形内表
面23与弧形凸起21的侧面之间设有环形内表面圆角25；弧形凹槽11的侧面与弧形凸起21的
侧面之间贴合；弧形凸起21的高度L1大于爪腔12的深度；第一环形外表面14的高度L2等于弧
形凸起21的高度L1。

[0032] 作为本发明优选的实施方案，凸起面22与凹槽面13之间装配的过盈量为0.20‑0.40mm，环形内表面23与第一环形外表面14之间装配的过盈量为0.10‑0.30mm；凸起面22与
凹槽面13之间装配的过盈量大于环形内表面23与第一环形外表面14之间装配的过盈量。

[0033] 作为本发明优选的实施方案，凸起面22与凹槽面13之间装配的过盈量比环形内表面23与第一环形外表面14之间装配的过盈量大0.05‑0.10mm。

[0034] 作为本发明优选的实施方案，参照图2和图4，弧形凹槽11的底面为一段凸起的圆柱面，凹槽面13与弧形凹槽11的侧面之间有凹槽圆角15，弧形凹槽11的侧面与环形外表面
之间设有环形外表面圆角17。

[0035] 作为本发明优选的实施方案，参照图2和图5(a)、图5(b)，凸起面22为一段下凹的圆柱面，凸起面22与凹槽面15曲率相同，弧形凸起21的侧面与凸起面22之间有凸起圆角24，
弧形凸起21的侧面与环形内表面23之间设有环形内表面圆角25。

[0036] 作为本发明优选的实施方案，凸起圆角24的半径大于凹槽圆角15的半径。

[0037] 作为本发明优选的实施方案，凸起圆角24的半径为4.00‑5.00mm，凸起圆角24的半径比凹槽圆角15的半径大2.00mm。

[0038] 作为本发明优选的实施方案，环形外表面圆角17的半径大于环形内表面圆角25的半径。

[0039] 作为本发明优选的实施方案，环形外表面圆角17的半径为4.00‑5.00mm，环形外表面圆角17的半径比环形内表面圆角25的半径大2.00mm。

[0040] 作为本发明优选的实施方案，弧形凸起21的高度L1比爪腔12的深度大10.00‑20.00mm。

[0041] 作为本发明优选的实施方案，第一环形外表面17的直径比第二环形外表面18的直径大2.00mm。

[0042] 实施例

[0043] 本实施例的爪极预锻组合模具，该爪极预锻组合模具由两部分组成：模芯1和预应力环2。模芯1上的凹槽面13为一段凸起的圆柱面，凹槽面13与弧形凹槽11的侧面之间有凹
槽圆角15，弧形凹槽11的侧面与环形外表面之间设有环形外表面圆角17；预应力环2上的凸
起面22为一段下凹的圆柱面，凸起面22与凹槽面15曲率相同，弧形凸起21的侧面与凸起面
22之间有凸起圆角24，模芯1的环形外表面一段为第一环形外表面14，另一段为第二环形外
表面18，第一环形外表面14与第二环形外表面18之间采用圆角过渡，弧形凸起21的侧面与
环形内表面23之间设有环形内表面圆角25。在使用时，模芯1完全嵌入到预应力环2中，预应
力环2的弧形凸起21插入到模芯1的弧形凹槽11中，凸起面22与凹槽面13贴合，弧形凸起21
的侧面与弧形凹槽11的侧面贴合。组合模具装配两种过盈量，在预应力环2上的凸起面22与
模芯1的凹槽面13之间装配的过盈为0.20‑0.40mm；在预应力环2的环形内表面23与模芯1的
第一环形外表面14之间装配的过盈量为0.10‑0.30mm。

[0044] 模芯1的特征为：在模芯1上有8个对称的爪腔12，中心有一个凸台腔16，在与爪腔12位置对应的模芯外表面上分布着8个对称的弧形凹槽11；弧形凹槽11的高度L3与模芯高
度相等，弧形凹槽11的深度D3为5.00‑15.00mm，宽度D2为20.00‑30.00mm。凹槽面13与弧形凹
槽11的侧面之间有半径为2.00‑3.00mm的凹槽圆角15，弧形凹槽11的侧面与环形外表面之
间有半径为4.00‑5.00mm的环形外表面圆角17；第一环形外表面14的直径比第二环形外表
面18的直径大2.00mm，第一环形外表面14的高度L2等于弧形凸起21的高度L1；第一环形外表
面14与第二环形外表面18之间采用圆角过渡。

[0045] 预应力环2的特征为：在预应力环2上有8个对称的弧形凸起21，弧形凸起21分布的位置与弧形凹槽11分布的位置对应；弧形凸起21的高度L1比爪腔的深度大10.00‑20.00mm，
弧形凸起21的深度D2与弧形凹槽11的深度D3相等，同为5‑15mm。凸起面22与弧形凸起21的侧
面之间有半径为4.00‑5.00mm的凸起圆角24，弧形凸起21的侧面与环形内表面23之间有半
径为2.00‑3.00mm的环形内表面圆角25。

[0046] 图6为现有的爪极预锻组合模具等效应力分布图，在装配较大的过盈量为0.26mm时，在模芯爪腔区域的最大等效应力达到了1240MPa，主要集中在爪部两侧，凸台腔的最大
等效应力为1250MPa。

[0047] 采用本实施例的爪极预锻组合模具结构，在预应力环的凸起面装配的过盈量为0.26mm，在环形内表面的过盈量为0.20mm，模具的等效应力分布如图7所示，爪部两侧的最
大等效应力为1100MPa，凸台腔的最大等效应力为1240MPa。通过与现有的爪极预锻组合模
具对比可发现，本发明的爪极预锻组合模具可使预应力环对模芯的爪腔产生较大的局部预
紧力，使爪部两侧的最大等效应力降低了11％。

[0048] 因此，通过在模芯外表面设置弧形凹槽，在预应力环上设置相对应的凸起，爪极预锻组合模具装配两种不同的过盈量，能更加灵活、精准、有效的调整模芯预应力的分布，在
维持凸台腔有足够强度的前提下，可对模芯爪腔产生较大的局部预紧力，降低爪腔开裂的
风险，提高模具寿命。