王莉霞

【摘 要】本文對車用主減速器從動螺旋傘齒輪幾種成形方法的特點進行了簡要介紹，并對螺旋傘齒輪鍛造成形工藝及其模腔進行了分析，為螺旋傘齒輪鍛造成形工藝的研究提供了參考。

【關(guān)鍵詞】螺旋傘齒輪；鑄造工藝；鍛造工藝；模腔

0.引言

隨著我國制造業(yè)水平的不斷提升，我國汽車工業(yè)在向環(huán)保、舒適、節(jié)能、安全等方向發(fā)展。汽車從動螺旋傘齒輪作為汽車的重要部件，性能的好壞直接影響汽車的安全和傳動效率。其生產(chǎn)工藝的優(yōu)化對整個機械行業(yè)的整體技術(shù)水平提高具有至關(guān)重要的作用。

1.汽車從動螺旋傘齒輪成形方法簡介

1.1鑄造成形法

螺旋傘齒輪長期采用的加工工藝是鍛造成形法方法，汽車傳動的主動和從動螺旋傘齒輪，其生產(chǎn)工藝是先用鑄造制坯，然后進行機械加工的方法。在長期的應(yīng)用中，鑄造加工逐漸發(fā)展成一種比較成熟的工藝，并成為主流的工藝[1-3]。但是這種方法的缺點和不足同樣很突出，效率低下，對材料的浪費嚴重，在切削過程中，材料內(nèi)部的流線被嚴重的破壞，極大的影響了齒輪重要部位的抗彎曲坯料的能力，耐磨性和防腐蝕性能也有很大程度的降低，進而影響其壽命[4]。其工藝路線如圖一。

圖一

1.2鍛造成形法

鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。[5]要使車用螺旋傘齒輪節(jié)能降耗、降低成本，需要用鍛造工藝直接生產(chǎn)減速器螺旋傘齒輪，通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，必須保證工藝的可靠性和可行性，模具壽命是否足夠高以收回成本，其中穩(wěn)定性是一個關(guān)鍵問題，能不能充滿，會不會出現(xiàn)折疊，脫模性如何[3，4]。用物理模擬的方法進行研究顯然是奢侈的，會浪費很大的人力物力，產(chǎn)生大量的模具材料費、模具加工費、研發(fā)時間也會很長。需利用有限元方法和數(shù)值模擬清晰的顯示成形過程中的每一個細節(jié)，對成形缺陷的優(yōu)化更簡潔。其工藝路線如圖二：

圖二

1.3鑄造鍛造成形方法比較

1.3.1微觀組織性能得到改善

鍛造的特點在于，成形過程中坯料收到三向壓應(yīng)力作用，促使材料晶粒細化，提高了組織的致密性，很多缺陷愈合。使得金屬流線都沿著外表面，消除了殘余應(yīng)力，熱處理后齒形基本不會變形，從而使得齒輪的性能得到提高。從理論上說，鍛造后齒輪抗沖擊強度提高了15%，抗彎曲疲勞壽命和強度均能提高20%以上[6]。

1.3.2精度較高

一般齒輪鍛造后不需要機械加工，或者只要進行少量機械加工就可以進入熱處理環(huán)節(jié)，并開始使用。這樣就使得生產(chǎn)效率得到了提高，生產(chǎn)成本相應(yīng)的降低。從理論上說，使用精鍛生產(chǎn)齒輪，與通常機械加工對照，生產(chǎn)效率能夠翻倍，如果進行批量生產(chǎn)，成本會降低三成以上，材料利用率提高大約40%。從經(jīng)濟的角度考慮，如果零件一批生產(chǎn)超過2000件，精密模鍛的優(yōu)點就十分突出。若現(xiàn)有的鍛造和加熱設(shè)備能夠滿足工藝要求，超過500件時便可以采用精密模鍛技術(shù)進行生產(chǎn)，精鍛的優(yōu)勢也會有比較好的體現(xiàn)[7]。

1.3.3與機械加工方便比較，精鍛可以減少機床和場地的利用量，而且，研究發(fā)現(xiàn)，精鍛齒輪具有較小的嚙合噪音

綜上所述，精鍛齒輪相比傳統(tǒng)的機械加工，能夠顯著提高產(chǎn)品性能和節(jié)約成本。

2.車用主減速器從動螺旋傘齒輪鍛造成形工藝

車用主減速器從動螺旋傘齒輪采用一火兩鍛，工藝流程為：坯料少無氧化加熱→制坯（鐓粗、 沖孔、 擴孔）→粗鍛→精壓→表面清理→車削除齒面以外其他部分→精銑齒面→熱處理→磨內(nèi)孔。這里對螺旋傘齒輪成型過程中的制坯、粗鍛、終鍛進行設(shè)計。

2.1制坯工步設(shè)計

在精鍛螺旋傘齒輪時，坯料形狀和尺寸的選擇極為重要，它不僅影響輪齒成形，而且影響鍛件內(nèi)部質(zhì)量及鍛模壽命。為了確保良好的成形，減少坯料成形初始階段的自由鐓粗的時間，坯料的外直徑應(yīng)盡量接近齒根圓。根據(jù)體積不變定律，螺旋傘齒輪精鍛成形所用原始坯料的體積和重量應(yīng)當與精鍛成形件的體積和重量相等，以及原始坯料的高度L與直徑D之比必須小于2.5的原則[8]。為了使金屬流動易于充滿齒形，坯料要預(yù)成形，加工成與鍛件形狀接近的圓錐或圓柱臺形。設(shè)計當中根據(jù)精鍛成形所用原始坯料的體積和重量應(yīng)當與精鍛成形件的體積和重量相等原則，設(shè)計了預(yù)制坯，預(yù)制坯形狀如圖三所示

圖三 預(yù)制坯實體模型

2.2粗鍛、終鍛工步設(shè)計

粗鍛的填充是為了保證終鍛更好的成形，因此在粗鍛時可適當加大過渡處的圓角，但過大的圓角有可能在終鍛時產(chǎn)生折疊，因此必須注意R的選擇， R必須符合式 R1=R+C的要求，其中R為終鍛模腔上相應(yīng)處的圓角半徑。式中的C值按表1選取。

表1 C與h的關(guān)系

根據(jù)以上設(shè)計原則，螺旋傘齒輪在中心分流工藝中上下凸模帶有圓臺凸臺的預(yù)鍛件及終鍛件的形狀。依據(jù)螺旋傘齒輪的鍛件圖以及工藝要求，運用UG建立的螺旋傘齒輪精鍛模具的實體模型如圖四所示。

（a）預(yù)鍛件 （b）終鍛件

圖四 預(yù)鍛件及終鍛件圖

2.3模腔的設(shè)計

（1）為避免預(yù)鍛件放入終鍛型腔中產(chǎn)生折疊和流線交錯的缺陷，必須保證預(yù)鍛件和終鍛型腔的匹配，因此預(yù)鍛型腔必須與終鍛型腔匹配。

（2）為保證終鍛的充填，再設(shè)計預(yù)鍛件時，一般都是考慮使預(yù)鍛件在終鍛型腔中以鐓粗的方式充填，預(yù)鍛模具的分模面相較終鍛型腔要小一些，連皮尺寸要厚一些。

（3）通常設(shè)計時，預(yù)鍛件要比終鍛模膛高度方向高2-5mm[9]，這樣可以使金屬在預(yù)鍛時高度方向流動的阻力減小，保證終鍛時，型腔的填充。 （下轉(zhuǎn)第210頁）

（上接第148頁）（4）預(yù)鍛件放入型腔時，希望以壓入方式填充終鍛型腔，預(yù)鍛型腔拔模斜度一般與終鍛型腔相同，這樣當預(yù)鍛件進入終鍛型腔時，鍛件會接觸終鍛模腔壁，逐漸流向模腔深處，可以有效防止因為不良好貼合而產(chǎn)生的折疊和流線不順問題。

（5）因為終鍛模膛在更大程度上保證了鍛件的質(zhì)量精度，因此，我們必須保證較大的變形量在預(yù)鍛時完成，以減少終鍛模具磨損。在設(shè)計圓角過渡部位時，或轉(zhuǎn)角部位時，一般先在預(yù)鍛模腔上設(shè)置一個較大的過度，然后在終鍛模腔上設(shè)置比較準確的過度，這樣，可以改善金屬流動，減少產(chǎn)生折疊和流線不均勻的問題。

（6）對于鍛件上一些小的凸臺、凹槽，這些小的結(jié)構(gòu)在終鍛時就可一次成型，不需要預(yù)鍛時設(shè)置過度。有時設(shè)置過度反而會增加缺陷產(chǎn)生的幾率[10]。

3.結(jié)語

目前，世界汽車工業(yè)正向著輕量化、高速、安全、節(jié)能、舒適、低成本、長壽命與環(huán)境污染小的方向發(fā)展。減速器齒輪作為汽車重要部件，其需求不斷增加，生產(chǎn)方法也不斷發(fā)展，鑄造、鍛造以及各種成形相結(jié)合的各類新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。鍛造齒輪已在制造企業(yè)中得到了廣泛的使用。 [科]

【參考文獻】

[1]舒其復(fù).螺旋傘齒輪的精鍛工藝[J].鍛壓機械，1988，（2）：23-25.

[2]王向東，張寶紅，張治民.直齒圓柱齒輪精鍛技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].鍛壓設(shè)備與制造技術(shù)，2006，（2）：21-24.

[3]謝此.實用鍛壓技術(shù)手冊.機械工業(yè)出版社，2003.

[4]鄧克.直傘齒輪精鍛技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，22（2）：169-173.

[5]石英.齒輪材料性能要求及正確選材[J].通用機械，2004，（5）：92-93.

[6]張成軍.實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京：國防科技大學(xué)出版社，2009.

[7]中國機械工程學(xué)會鍛壓學(xué)會[M].鍛工手冊（下冊）.北京：機械工業(yè)出版社，1982：182～196.