螺旋傘齒輪精鍛工藝及發展趨勢的研究

張 遜

（泰州職業技術學院 機電技術學院，江蘇 泰州 225300）

由于精鍛螺旋傘齒輪可以降低成本，減少能源與材料的消耗，并且其制造時間較短的特點和優勢受到制造商的青睞。但我國的該精鍛技術依靠長期實踐來進行發展，缺乏理論上精確系統的分析，并且我國的制造水平也和其他高技術國家有一定的差距，對于非削加工技術的研究還處在初級階段，因而該技術的研究具有重要的實踐價值和理論意義。

1 我國螺旋傘齒輪精鍛工藝研究概況

20世紀70代后，我國才開始致力于研究精鍛齒輪技術，通過對熱精鍛直傘齒輪進行了系統性研究，并在該領域取得了可喜的成果，普遍的應用于實踐當中。熱精鍛技術制造的齒輪具有模具精度低并且壽命較短的特點，其脫碳層及氧化皮附著表面、組成齒輪的晶粒較大等原因使得齒輪的尺寸無法達到較高的精度。而轎車制造業需要的齒輪精度嚴格，由于其自身的弱點使得熱精鍛出來的齒輪無法滿足市場需要。遂冷鍛技術收到了更多人的重視，雖然我國已經以研究“螺旋傘齒輪的生產自動線”為課題，進行了半精鍛和精鍛螺旋傘齒輪的研究，但在工藝及模具上還存在很多問題域缺陷，無法大范圍推廣于生產和加工領域。經過國人的努力與實踐，上海已經提高了從動螺旋錐齒輪的精度和壽命，之后中南大學也研發出了數控磨齒機，緊隨其后，無切削的螺旋傘齒輪在青島齒輪廠和山東大學的共同努力下得以制造。

2 螺旋傘齒輪精鍛亟待解決的問題

螺旋傘齒輪有著自身的特點，其產品精度高，具有良好的力學性能，形狀復雜，組織性和質量較好。為了滿足日益發展的工業制造業的需要，我們需要看到研究成果在實踐中的一些不足和問題，并且通過努力減少這些問題的出現。問題如下：

（1）成形過程中的問題。精鍛齒輪的過程中需要進行填充，這個過稱尤為復雜。如何保障精鑄成形，要對成形時所要設計的塑性力學，明晰塑性變形的問題進行充分研究。力學分析要與時俱進，通過實驗的方式來分析成形過程的特點及狀況是非常重要的。但是實驗的設備昂貴，并且對工作人員而言要進行繁雜的分析和反復的試驗。因而產生了有限元分析的實驗方法，但是這種技術還不成熟，無法全面的分析成形中的流動規律以及影響因素。

（2）優化工藝及模具結構中的問題。就齒輪精鍛技術而言，需要在設計時，考慮到金屬的變形力學以及真實流動時所具有的規律，從而對模型和配料進行全面的優化和改造，保障模具和工藝設計的需要。

（3）工藝方案中的問題。由于精鍛工藝具有產品質量不確定性、變形力需求大、成型具有難度、填充型腔較難等特點。就要求在設定方案時，要對這些方面尤為重視，例如降低變形需要的力，提高成型的成功率，確保質量的穩定等。

3 研究螺旋傘齒輪精鍛工藝的方法

人們已經不再將精鍛螺旋傘齒輪其簡化為二維，或對稱問題進行近似的處理，而是屬于一個三維空間下的不穩定塑造成形的過程。這就要應用三維有限元數值模擬，從而發現成形流動所存在的一些普遍性規律，以避免成形中會遇到的問題，例如內部應力和質量的缺陷以及模具載荷和應變分布等方面的狀況，形成具有理論價值的分析數據和結論對現實進行指導。伴隨著軟件和技術的發展，日后該模擬實驗方式會為精鍛成形技術提供強有力的理論保障和技術支撐。

除了剛才我們所提到的實驗方法，我們的研究還可以利用等溫壓縮進行實驗。通過分析齒輪材料的流變應曲線，分析出速度及溫度和變形量等對塑性所產生的影響。最后根據結果，其中等效立場、變形速度及溫度的作用規律，從而制定出具有價值的鍛壓參數。將參數放入到有限元數值模擬實驗當中去，通過模擬進行調整和優化，最終得出實驗的結果，達到提升生產率、降低成本的目的。

4 螺旋傘齒輪精鍛展望

隨著日新月異發展的科技，精鍛螺旋傘齒輪的技術也會伴隨著加工技術的提升以及模具材料優化和加工水平的提高，得到長足的發展與飛躍。由于該產品的需求量較大且用途廣泛使得該工藝的研究受到各國專家的重視。很多發達國家已經實現了無切或少切既能進行齒輪精鍛的技術，并且能夠在裝配中使用。有些國家精鍛的螺旋傘齒輪已經可以廣泛滿足汽車制造業的需要，精度得到了保障。就齒輪鍛造技術而言，冷擺輾技術也是一個較為可行的方法和技術，其生產的零件具有表面精細，且保障了產品的精度。未來而言，冷擺輾技術可能是日后精鍛螺旋傘齒輪的又一有效途徑和辦法，現在已被各國的研究和重視。

[1]田福祥，工者靜，付志剛.螺旋傘齒輪閉式精鍛新工藝[J].2004,(1)：42-43.

[2]田福樣，工者靜，尹德良.螺旋傘齒輪精鍛新工藝與新型模具結構[J].鍛造2005，（1）：63-65.

[3]王華君，夏巨湛，孫世為.從動螺旋傘齒輪精鍛成形數值模擬和實驗研究[J] .塑性工程學報，2005，（3）：14-17.

[4]王華君.從動螺旋傘齒輪精密鍛造數值仿真[J].華中科技大學學報(自然科學版),2005，(9)：94-96.