時(shí)曉飛+羅偉先+邵緹+高軍偉+張磊

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，直齒圓柱齒輪冷鍛新技術(shù)得到了廣泛推廣與應(yīng)用。金屬流動(dòng)性變化造成齒形填充具有一定難度，并且要求壓力較大，成為直齒圓柱齒輪冷鍛技術(shù)重要研究?jī)?nèi)容。對(duì)此，本文著重對(duì)直齒圓柱齒輪冷鍛成型技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)其方法與關(guān)鍵技術(shù)提出建議。

關(guān)鍵詞：直齒圓柱齒輪；冷鍛成型技術(shù)；研究分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.024

現(xiàn)階段，隨著材料單價(jià)的飛速增長(zhǎng)，整機(jī)廠同時(shí)也在不斷的壓低價(jià)格，造成了構(gòu)件加工單位經(jīng)濟(jì)效益提升困難。但是，如果不進(jìn)行工藝技術(shù)轉(zhuǎn)變，其成本費(fèi)用將難以下降。伴隨著模具工業(yè)的進(jìn)步，其行業(yè)技術(shù)水平與制造精度得到了明顯提升，直齒圓柱齒輪冷鍛就是其中一項(xiàng)新技術(shù)，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的提升具有重要作用。

1 直齒圓柱齒輪的冷鍛技術(shù)

傳統(tǒng)直齒圓柱齒輪制造流程為：下料--熱鍛毛坯--正火--噴丸--粗精車(chē)--滾輪--剃齒--熱處理--成品。當(dāng)冷鍛技術(shù)推廣應(yīng)用后，直齒圓柱齒輪制造流程改為：下料--材料退火處理--噴丸--磷皂化--縮頸--擠孔--沖孔--預(yù)成形--冷精整--車(chē)加工--熱化處理--成品。其中，冷精整在齒形的精度與厚度和預(yù)成形上有著較大區(qū)別。冷整形模齒頂、齒根、預(yù)鍛?？p隙控制在0.05--0.1mm之間。由于齒面整形過(guò)程中，剩余材料并非順著軸向移動(dòng)，呈徑向運(yùn)動(dòng)，齒頂齒根位置模具應(yīng)力較高，易引起模具損害。所以，整形過(guò)程中最佳狀態(tài)為接觸齒面。

因?yàn)楣に嚰夹g(shù)上的差異性，使得不同技術(shù)工藝特點(diǎn)不同。例如：滾齒剃齒工藝精度等級(jí)為7--8級(jí)、冷鍛直齒齒輪精度等級(jí)為7--8級(jí)；加工效率分別是：1.6、1.2；加工率為400、1500。

凹模過(guò)渡擠壓腔結(jié)構(gòu)。凹模擠壓腔作為齒輪冷鍛重要組成部分，科學(xué)有效的凹模結(jié)構(gòu)能夠確保齒形飽滿、減小成型壓力，具有重要作用。但因?yàn)橹饼X圓柱齒輪對(duì)于材料、精度、形狀等有著嚴(yán)格按要求嚴(yán)格，并且在常規(guī)溫度相金屬變形力上較弱、流動(dòng)緩慢進(jìn)而造成鍛造荷載陡增、齒形型腔填充力降低，并且在極限加工中，易發(fā)生磨損、彈性變形等問(wèn)題。對(duì)此，根據(jù)杯桿形圓柱齒輪徑向擠壓成型技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行了金屬規(guī)律流線凹模型腔設(shè)計(jì)，即：將正擠壓的直擠壓腔設(shè)置為過(guò)渡擠壓腔，進(jìn)而優(yōu)化金屬流動(dòng)的均勻性，同時(shí)減小成型壓力。這對(duì)齒輪擠壓成型精度的提升具有重要影響。

在過(guò)渡擠壓腔階段，利用Bezier曲線擬合接近曲線在模型初步流程后，利用反求控制階段進(jìn)行Bezier優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到流曲線要求。在過(guò)渡型腔結(jié)構(gòu)中，擠壓腔曲線面模型構(gòu)建與加工是其重要組成部分，曲面造型正確性與有效性對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要作用。因?yàn)榍婺Ｐ途哂蟹彪s性特點(diǎn)。所以，一般在加工中難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)精度。對(duì)此，利用數(shù)控機(jī)床高速銑削加工，隨后進(jìn)行拋光加工進(jìn)而完成流線型過(guò)渡擠壓腔曲面模型。

2 直齒圓柱齒輪冷鍛關(guān)鍵技術(shù)分析

較早以前，已經(jīng)研制出了冷擠花鍵技術(shù)，漸開(kāi)線花鍵與線齒輪其最大不同在于，花鍵只是進(jìn)行低速傳動(dòng)、齒輪則是用于高速傳動(dòng)齒合，關(guān)于齒形、齒向要求尤為嚴(yán)格。

第一，標(biāo)準(zhǔn)齒輪制作。多點(diǎn)留料、多邊切割避免齒輪模具在切割過(guò)程中出現(xiàn)變形。首先，在線切割過(guò)程中采取較大坯料進(jìn)而為裝夾與防止切割變形提供便利。其次，在線切割前進(jìn)行鉆孔4--5個(gè)，以便后續(xù)留料切割。隨后，切割過(guò)程中需要從1--2點(diǎn)至2--1點(diǎn)，重復(fù)3--4次，一次切割余量降低進(jìn)而抵消變形。這對(duì)提升線切割精度具有重要作用。

結(jié)合上述流程在標(biāo)準(zhǔn)齒與模具切割過(guò)程中，齒厚公差一周內(nèi)應(yīng)保持在0.01mm，齒形與齒向達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。例如：某零件標(biāo)準(zhǔn)齒輪數(shù)值為：m=2.5mm、z=13、a=20度。其標(biāo)準(zhǔn)齒通過(guò)上線切割方法能夠讓齒輪的齒廓精度控制在0.013mm內(nèi)，齒向上能夠控制在0.01mm內(nèi)，符合模具精度要求。

第二，預(yù)鍛模調(diào)整。結(jié)合其方法流程與模具制作流程，在齒輪冷鍛測(cè)量中發(fā)現(xiàn)：冷鍛精整后齒輪在5--7天內(nèi)，單齒跳動(dòng)與齒向要求符合標(biāo)準(zhǔn)要求。不過(guò)在實(shí)際制作中齒形一直與標(biāo)準(zhǔn)要求存在出入，同時(shí)規(guī)律等同。通過(guò)模具檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)證明，模具精度無(wú)異常，根本原因在于：壓力機(jī)壓力狀態(tài)齒形在齒頂上未充實(shí)造成的。對(duì)此，通過(guò)對(duì)流動(dòng)原理研究發(fā)現(xiàn)：金屬在鍥形底端位置位于流動(dòng)壓力下。若提升壓力機(jī)下壓力，齒根位置模具則會(huì)因?yàn)檩^大應(yīng)力集中而影響模具。

所以，提出預(yù)斷模型腔修正計(jì)劃。原有預(yù)斷比終鍛的成型模具單邊縫隙在0.05mm。在進(jìn)行修正后，預(yù)鍛齒上端位置小于終鍛單邊0.05mm，預(yù)鍛齒根修正單邊縫隙為0.10mm。通過(guò)修正，齒形偏差所有降低，基本符合標(biāo)準(zhǔn)精度要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合分析，直齒輪冷鍛技術(shù)是一種先進(jìn)技術(shù)形式。本文從直齒圓柱齒輪的冷鍛技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)兩方面進(jìn)行分析，提出了線切割修正與預(yù)鍛模修正方法，有效的節(jié)省了模具制造時(shí)間與次數(shù)。并且經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，效果良好。

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作者簡(jiǎn)介：時(shí)曉飛（1987-），男，河南禹州人，碩士研究生，研究方向：金屬塑性變形過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)。