| 皮帶輪廣泛應用於汽車等領域的機械傳動，金屬旋壓成形工藝和設備的發展也為這一傳動零部件的加工帶來了革新。而國內企業在這一領域的創新研製已見到成效。 |
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皮帶輪是一種重要的機械傳動零件，廣泛應用於汽車、農機及輕紡工業的各種機械設備的傳動中。帶傳動技術的不斷發展令傳動形式也愈加多樣化，尤其是多楔帶，它集平帶柔性好和V帶傳動功率大的優點於一身，同時又能吸收衝擊及振動，較之鏈條及齒輪來得運轉安靜，極有發展前途。
這種用優質鋼板經過拉深、擠壓、旋壓生產出來的皮帶輪，已基本取代了以前的鑄造車削皮帶輪。只是，現有的單級多楔式皮帶不能用於變速傳動。於是，兩級同軸多楔式皮帶輪應運而生—這是能用於變速傳動的新型多楔式皮帶輪的又一結構形式，可滿足我國汽車設備和傳動聯結件行業的發展需求。
皮帶輪常用生產的幾種方法
1.用鑄造或鍛造毛坯經機加工成型
這是最早也是最原始的傳統成型方法，現在仍被使用，特別適於單件小批量生產。
2.衝壓焊接成型
將鋼板沖成碟型，後將兩塊碟型鋼板相背焊接或用鉚接、螺栓聯接，形成帶有槽型的皮帶輪。
3.衝壓脹型法
先將坯條拉伸成筒狀或帶臺階帽狀，然後通過液壓機用液態凸模或分塊模、或結構複雜的剛性凹模，用液壓油脹出帶輪槽形的皮帶輪。
4.衝壓、拉伸、旋壓成型法
先將板料衝壓成圓片，再在液壓機上拉伸成帶肩的帽狀預製坯，最後經旋壓機旋出帶輪槽形的皮帶輪。
以上四種皮帶輪的生產方法都是從勞動中逐步發展和不斷完善的。每一種方法更比前一種更有進步。第四種正是目前最流行的一種成形工藝，其生產出的槽型表面非常光滑平整、且表層具有冷作硬化層增加了皮帶輪的強度，生產效率高。實際上，這種旋壓新技術是應運航空工業需求出現的，代表了當今皮帶輪的前沿技術和發展趨勢。
旋壓皮帶輪加工工藝特點和工作原理
1.工藝特點
旋壓技術又稱金屬旋壓成形技術，是通過旋轉使受力點由點到線由線到面，同時在某個（徑向）方向給予一定壓力，使金屬材料沿著這一方向變形和流動而成型為某一形狀的技術。這裏，金屬材料必須具有塑性變形或流動性能，旋壓成形不等同於塑性變形，它是集塑性變形和流動變形於一體的複雜過程。
圖1 兩級同軸多楔式高精度旋壓皮帶輪加工工藝流程
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特別需要指出的是，我們所說的旋壓成形技術不是單一的強力旋壓和普通旋壓，它是兩者的結合；強力旋壓用於各種筒、錐體異形體的旋壓成型殼體的加工，是比較成熟的傳統工藝方法，也叫滾壓法。
兩級同軸多楔式高精度旋壓皮帶輪的主要加工工藝流程如圖1所示，由落料（沖片）、拉深、切邊、整形、旋壓大端、旋壓小端、沖孔、清洗磷化、電泳等組成。旋壓帶輪與鑄鐵皮帶輪相比的優點是，均採用旋壓工藝製成，無切屑加工，結構輕、省材料，因而轉動慣量小，是一種節料、節能的新產品。
這種生產方式的效率高，平衡性能好，一般無需平衡處理。由於材料流線不被切斷，表面生產冷作硬化，組織密度得以提高，提高了輪槽表面的強度和硬度，且尺寸精度高，三角帶與輪槽的滑差小，皮帶壽命長。
2.工作原理和工作過程
我公司（溫州市南亞汽車配件有限公司）自行研製的冷加工兩級同軸多楔式高精度皮帶輪（以下簡稱“同軸多楔式皮帶輪”）是一款節能專利新產品，其具備多項優點，這也得益於製造過程中我們對國產45T三工位旋壓機所進行的六工位改造。
圖2 改後國產45T六工位旋壓機的構造
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先來看改後國產45T六工位旋壓機的工作原理（設備構造參見圖2）。利用旋壓機產生的旋轉力，在升降模輪座徑向擠壓的配合下使具有塑性特性的材料受力後，由點到線、由線到面使金屬材料沿著這一方向變形和流動，以形成所需的特殊形狀。
這款六工位旋壓機的工作過程是：皮帶輪帽狀預製坯放入旋壓機下模，主油缸開啟，新增壓邊工作臺（1）下移，壓住帽狀預製坯小輪，由主軸帶動皮帶輪旋轉，一個與大端槽等寬的定位輪座（3）伸入大端槽內對將加工的皮帶輪進行軸向定位，升降模輪座（6）以徑向送進速度V對帽狀預製坯工件載入，工件產生塑性變形，形成環行凹槽。凹槽達到一定深度後，換整型輪座對大端輪圓作整形處理，後升降模輪座（6）上移到小端位置，旋壓小端，產生塑性變形，形成環行凹槽，凹槽達到一定深度後，換整型輪座對小端輪圓作整形處理，最終完成兩級同軸皮帶輪。
值得一提的是，在帶輪旋壓工藝上，我公司取得了折疊式帶輪、劈開式帶輪、滾壓式多V型帶輪和組合式帶輪一系列科研成果，解決了旋壓成形中的各種技術難題，並成功地用於生產。而通過比對國家標準、國際標準和客戶要求資料，均說明我公司產品不僅滿足各項標準和客戶需求，也已達到國內領先水平。
旋壓機的改進
北京航空航太大學製作工程系自1985年開始研發鈑制皮帶輪旋壓工藝和旋壓設備，至1987年10月研製出我國首台臥式旋壓機，1992年又研製出45T三工位立式旋壓機（圖3）。
圖3 原國產45T三工位旋壓機的基本結構
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該機主要部件有機座（4），機架導柱（6），上工作臺（2）在主缸（1）的牽動下，上下移動，主軸（3）由電機輸出軸錐齒輪傳動的坯料裝在主軸上的下模座上，啟動主缸使上工作臺下移。裝在上工作臺上的上模座將坯料夾緊，開啟電機主軸轉動。開啟相應的模輪座(5)進給，開始旋壓，旋壓完成後，主油缸啟動上工作臺上移。頂出缸工作，通過頂杆將旋壓好的帶輪頂出一卸料。
從單級帶輪的加工過程可以看出，國內現有設備在工件夾緊過程中只有一個上工作臺，只能完成一級旋壓。如加工兩級同軸多楔式只能在完成一道旋壓以後卸下工件，更換模具再旋壓另一級，而在更換模具重新裝夾的過程中兩次裝夾的同軸度很難得到保證，因此旋壓出皮帶輪的兩級跳動誤差加大，兩級楔間距誤差也很難控制。為此，必須實現一次裝夾完成兩級旋壓。
考慮到兩級同軸多楔式產品加工的工作負荷較大，我們將國產立式45T三工位旋壓機進行了六工位改造。
1.增加壓邊工作臺
要想達到一次裝夾後完成兩次旋壓，必須保證在旋第一級時將另外一級外徑用模具保護起來，同時將第一級兩軸向側面壓住（即：壓邊），以保證在旋壓過程中坯料受擠壓時產品的長度尺寸不會發生改變。在第一級旋好後旋壓第二級時，將原來起保護外緣用的模具（以下稱壓邊模）撤掉，使第二級外緣露出以便進行旋壓，而此時坯料必須處於壓緊狀態。
現有設備壓邊模是安裝在上工作臺上，當上工作臺帶動壓邊模升起時坯料的軸向即處於自由狀態，第二級將無法旋壓，因此要想實現一次裝夾完成二級旋壓就必須增加一套壓邊裝置。
旋壓皮帶輪的形式和特點
旋壓皮帶輪一般有四種基本形式：折疊式帶輪、劈開式帶輪、平步帶輪、和滾壓式多V型帶輪（也稱多楔帶輪）。多楔式皮帶輪中又分為單級和多級，兩級同軸多楔式皮帶輪是多楔式皮帶輪多級中之一，提高兩級同軸多楔式皮帶輪加工精度已成為當前生產多楔式皮帶輪企業與國際接軌的重要標誌。
多楔帶輪
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多楔帶由頂層纖維、張力線和底層橡膠三部分組成。其結構和材料構成特點使其具有厚度薄、伸長率低、傳動比大、帶速高、耐磨、壽命長、運轉平穩、振動小、雜訊低的優點。
兩級同軸多楔式皮帶輪由一大一小兩個直徑不同的輪圓和在輪圓上開出的多條多楔式皮帶槽組成。其結構特點在於，為保證設備帶傳動的運轉平穩性，一大一小兩個直徑不同的輪圓的圓中心必須為同一中心，皮帶槽左右對稱，皮帶槽中心與輪圓中心相垂直。
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2.增加旋壓工位
如圖4所示，兩級同軸皮帶輪的兩個級處於帶輪不同的軸向位置，同時對於多楔式帶輪兩級的槽數又不一定相等，所需的擠壓模輪也不一定相同，現有旋壓機只有三個工位，而每一級帶輪的加工至少需用兩個工位（即：擠壓、擠槽兩個旋模輪），現有旋壓機的工位模輪座不能垂直移動，無法完成軸向高度不同的兩級擠壓。
因此，若要實現一次裝夾完成二級旋壓就必須增加工位，並使工位模輪座能夠垂直移動。
圖4 升降模輪座
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綜上所述,旋壓機通過增加壓邊工作臺、升降模輪座實現了可以旋壓兩級同軸多楔式皮帶輪之目的。
關鍵技術與主要創新點
這款兩級同軸多楔式高精度皮帶輪是浙江省唯一一家採用冷加工工藝成功製造的同類產品，已在汽車輪系（水泵皮帶輪、風扇皮帶輪、轉向泵皮帶輪、發電機皮帶輪）、拖拉機、農業機械、食品機械、紡織機械上被採用，並取得了用戶認可。
其關鍵技術是冷加工兩級同軸多楔式高精度皮帶輪成型工藝的創新設計，創新點則在於，冷加工兩級同軸多楔式高精度皮帶輪成型工藝過程中克服了多次裝夾調模對皮帶輪精度的影響，達到一次裝夾成型，從而保證實現皮帶輪產品精度之目的。
以下分別列出其主要創新點。
1.工藝創新，採用旋壓工藝製成，無切屑加工
用於變速傳動的該皮帶輪，其精度要求很高。而長期以來，使用國內現有加工設備進行生產有較大難度。旋壓皮帶輪是用旋壓機通過各種已成標準型的靠模向被加工的旋轉物體（鋼板）逐漸靠近，用外力迫使其產生想要實現的變形，這種用薄鋼板通過旋壓方法製成的皮帶輪，一次只能旋壓一級楔槽，兩級皮帶輪要經過二次裝夾、旋壓，兩次更換模具。這樣一來，兩級帶輪的同軸度很難保證，而且生產效率也很低。
對此，我們從改革生產工藝入手，經過多年研究和實踐，將國產45T三工位旋壓機改為六工位旋壓機，一次裝夾可同時加工滾壓出大、小兩端楔形輪槽，保證了兩級間同軸度要求，生產出高精度產品。
2.省材料省時間，生產效率高，平衡性能好，使用壽命長
傳統的皮帶輪材料為鑄件（鑄鐵、鑄鋁及其合金），生產工藝必須先經做模型—做砂型—鑄造成型—製成毛壞，後再經金加工、金屬切削去除材料最後加工完成。整個鑄造過程不僅勞動強度大且環境惡劣，在機械切削過程中還需去除大量金屬材料，這不僅浪費資源且耗時長，對於鑄造過程中的質量不均勻（砂眼、氣孔等），還需事後進行靜平衡處理。
新的加工工藝則規避了這些缺點，並令生產效率得以提升(每分鐘加工2~4件)。
3.旋壓帶輪轉動慣量小、平衡性能好，表面粗糙度和精度
薄板冷旋壓皮帶輪是以鋼板為坯料，通過沖裁和拉深成形為預製毛坯，在帶輪旋壓機上使毛坯在軸向與徑向產生預定的塑性變形而製成的。由於鋼板組織結構比鑄件嚴密，抗拉強度又大大高於鑄件，不會有任何多餘材料；另外，薄板冷旋壓皮帶輪的品質輕且轉動慣量小、動力矩小，可達到節能省材效果（節約原材料30-50%）、平衡性能好，表面精度高，使設備啟動和運轉過程中的整機振動和噪音大幅降低。
4.提高了組織密度，使輪槽表面的強度和硬度高
薄板冷旋壓皮帶輪，在旋壓加工過程中由於材料流線不被切斷，表面生產冷作硬化，改善了組織密度和表面粗糙度，使輪槽表面的強度和硬度提高，並且尺寸精度高，皮帶（三角帶）
與輪槽的接觸面大，打滑（差）小，皮帶（三角帶）壽命長。
5.旋壓設備的創新設計
改革工藝的首要問題是有能夠完成新工藝加工的生產設備，現有的生產設備，由於結構缺陷難以完成一次成形的旋壓任務，為了保證冷加工兩級同軸多楔式高精度皮帶輪的同軸度就必須保證一次裝夾旋壓成型，這樣旋壓機上必須加一套壓邊裝置和升降模輪座，為我們的成功研製奠定了基礎。
結論與展望
經我公司科技人員通過對旋壓機實施改造，實現了兩級同軸多楔式高精度皮帶輪的加工。該成果在2009年上半年通過浙江省專家鑒定委員會的鑒定，一致認為：“該產品通過工藝創新和設計專用的旋壓設備，採用一次裝夾實現了兩級同軸多楔式皮帶輪的冷旋壓加工。產品具有精度高、重量輕、外型美觀、機械性能好、節能、節材等特點，開發該產品的專用旋壓機具有自主知識產權，其製造工藝處國內領先水平。”
該成果的開發在得到產品成果的同時，也得到了旋壓設備改造成果。改造後設備的加工程式得以簡化，工人勞動強度減輕，設備利用率進一步提高，擴大了模具材料的選擇範圍，且設備安全可靠，操作便捷。
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