齒輪冷精鍛成形工程技術(shù)論文

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1齒輪及齒輪冷精鍛成形

齒輪這一應(yīng)用極為廣泛的機(jī)械傳動(dòng)零件，其具備結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳遞動(dòng)力大、生產(chǎn)效率高以及使用壽命長(zhǎng)等相關(guān)特點(diǎn)，這使之在機(jī)械裝備中大量運(yùn)用。齒輪加工工藝的完成主要借助于金屬切削加工的方法或是使用傳統(tǒng)式熱鍛與金屬切削加工相結(jié)合的方法，來(lái)形成冷精鍛產(chǎn)品，此種工藝過(guò)程通常生產(chǎn)成本高、加工費(fèi)時(shí)較多。齒輪冷精鍛成形是一門(mén)制造技術(shù)，它要求在室溫條件下，先將金屬坯料進(jìn)行精密鍛造，以直接獲取完整的齒形，然后把齒面不經(jīng)切削加工或者只經(jīng)少許精加工，最終完成使用。經(jīng)過(guò)冷精鍛工藝成型之后，齒輪的內(nèi)部便自然形成致密、均勻的材料組織，其沿著齒形輪廓還因而具備了表面加工硬化層和極其圓滑的齒根，以及連續(xù)、合理的金屬流線，以最大限度上提升齒輪的機(jī)械強(qiáng)度與使用壽命。與齒輪的溫鍛和熱鍛成形進(jìn)行比較，冷精鍛成形無(wú)須加熱毛坯和模具，則其更加利于能耗的降低，以及齒輪產(chǎn)品表面質(zhì)量與尺寸精度的提升，這就使得齒輪冷精鍛成形具備了更為廣闊的應(yīng)用前景。

2直齒內(nèi)齒輪冷精鍛技術(shù)存在的問(wèn)題

在傳統(tǒng)的齒輪冷精鍛成形過(guò)程中，一直有著幾大方面不足，即齒輪精度等級(jí)不夠，致使齒輪使用時(shí)噪音大、壽命低；齒輪冷精鍛成形載荷過(guò)大，該過(guò)程對(duì)設(shè)備要求偏高；齒輪冷靜段成形所使用的模具壽命低、加工成本高。正因?yàn)辇X輪冷精鍛工藝中存在著相關(guān)問(wèn)題，則需深入探究改善之方法，比如深入尋找更好的成形工藝，以有效改善齒輪的充填性、降低成形工作載荷以及提高模具的使用壽命等。目前國(guó)內(nèi)對(duì)直齒內(nèi)齒輪冷精鍛成型技術(shù)所進(jìn)行的研究和應(yīng)用實(shí)踐較多，但在直齒內(nèi)齒輪冷精鍛成形技術(shù)方面存在如下問(wèn)題亟待解決：

（1）在出模方面，現(xiàn)有的直齒內(nèi)齒輪不存在拔模斜度，導(dǎo)致出模十分困難；（2）在同心度方面，以空心坯料擠壓內(nèi)齒輪時(shí)，坯料上反擠出來(lái)的中心孔與其外圓的同心度無(wú)法完全吻合；（3）在精度控制方面，由于齒輪精度受到較多因素的影響，比如坯料尺寸、凸模、潤(rùn)滑條件、模具出現(xiàn)磨損和彈性變形、凹模型腔形狀等，使得齒輪精度不易控制；（4）在模具設(shè)計(jì)和使用壽命方面，直齒內(nèi)齒輪結(jié)構(gòu)本身的特殊性，使某些機(jī)器結(jié)構(gòu)的直齒內(nèi)齒輪經(jīng)過(guò)冷精鍛成形時(shí)對(duì)模具的設(shè)計(jì)提出了更為特殊的要求。此外，有些機(jī)器結(jié)構(gòu)的內(nèi)齒輪在冷態(tài)下鍛造成形時(shí)載荷較大，造成了模具壽命降低，這成為直齒內(nèi)齒輪精鍛工藝不能實(shí)用化的一個(gè)重要原因。

3直齒內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝的優(yōu)化方案

針對(duì)當(dāng)前直齒內(nèi)齒輪冷精鍛技術(shù)出現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)積極優(yōu)化和改善直齒內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝，其可選方案包括：

3.1貫通內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝

貫通內(nèi)齒輪即內(nèi)齒輪底部完全貫通，底面和內(nèi)齒輪截面之間形狀一致、不具備其他結(jié)構(gòu)。單從制造工藝分析，貫通內(nèi)齒輪冷精鍛成形包含了擠壓前坯料的加工、齒形沖頭的設(shè)計(jì)、退料環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、坯料孔徑的選擇等多項(xiàng)工藝。若以數(shù)值模擬角度分析，則首先分析坯料孔徑對(duì)內(nèi)齒輪成形質(zhì)量的影響，即通過(guò)輪齒成形的飽滿(mǎn)程度評(píng)估齒輪冷精鍛成形工藝；分析內(nèi)齒輪模數(shù)對(duì)成形質(zhì)量的影響，其中要把內(nèi)齒輪面積劃分為兩部分，即齒形部分以及齒槽部分；分析沖頭入口角對(duì)擠壓成形力的影響，這主要因?yàn)闆_頭入口角在內(nèi)齒輪擠壓成形工藝中占據(jù)最重要模具結(jié)構(gòu)參數(shù)的地位；分析沖頭入口角對(duì)沖頭承載的影響，以及有效齒高和摩擦的影響等。

3.2非貫通內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝

非貫通內(nèi)齒輪即內(nèi)齒輪底部非完全貫通，它通常表現(xiàn)為具有凸臺(tái)、軸之類(lèi)的其他工藝結(jié)構(gòu)。了解非貫通內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝，便必須掌握分流的基本方法，即孔分流法、軸分流法和約束分流法等。其中，孔分流法需要再齒坯中心預(yù)留分流孔，其具體要先采取空心坯料，確保坯料在加工成形的最后階段時(shí)仍然能夠自由地在孔內(nèi)流動(dòng)，達(dá)到孔分流的目的；軸分流法則是要在上模塊和下模塊上開(kāi)設(shè)分流扣，確保坯料成形時(shí)能夠在分流口處沿軸向自由地流動(dòng)，達(dá)到軸分流的目的。而約束分流法，便是要在材料充填齒形的時(shí)，對(duì)那些向溢流口分流的材料施以相應(yīng)的約束阻力，以實(shí)現(xiàn)材料向齒腔內(nèi)部充填。

4結(jié)語(yǔ)

本文提出的制造貫通內(nèi)齒輪的冷精鍛成形工藝方案合理可行。提出了兩類(lèi)典型結(jié)構(gòu)內(nèi)齒輪(貫通內(nèi)齒輪和非貫通內(nèi)齒輪)的冷精鍛成形工藝方案。對(duì)貫通內(nèi)齒輪主要從齒輪模數(shù)、成形載荷、有效齒高以及模具壽命等方面對(duì)齒輪成形質(zhì)量進(jìn)行研究，獲得滿(mǎn)足工藝要求的合理的效果。對(duì)非貫通內(nèi)齒輪從成形載荷、齒輪精度和模具壽命等方面對(duì)兩種可行方案進(jìn)行對(duì)比，并得到這兩種方案各自的適用條件。