直齒圓柱齒輪冷鍛成型技術研究

時曉飛+羅偉先+邵緹+高軍偉+張磊

摘 要：隨著科學技術的進步，直齒圓柱齒輪冷鍛新技術得到了廣泛推廣與應用。金屬流動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重要研究內容。對此，本文著重對直齒圓柱齒輪冷鍛成型技術進行簡要分析，對其方法與關鍵技術提出建議。

關鍵詞：直齒圓柱齒輪；冷鍛成型技術；研究分析

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

現階段，隨著材料單價的飛速增長，整機廠同時也在不斷的壓低價格，造成了構件加工單位經濟效益提升困難。但是，如果不進行工藝技術轉變，其成本費用將難以下降。伴隨著模具工業的進步，其行業技術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新技術，對經濟效益的提升具有重要作用。

1 直齒圓柱齒輪的冷鍛技術

傳統直齒圓柱齒輪制造流程為：下料--熱鍛毛坯--正火--噴丸--粗精車--滾輪--剃齒--熱處理--成品。當冷鍛技術推廣應用后，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--預成形--冷精整--車加工--熱化處理--成品。其中，冷精整在齒形的精度與厚度和預成形上有著較大區別。冷整形模齒頂、齒根、預鍛模縫隙控制在0.05--0.1mm之間。由于齒面整形過程中，剩余材料并非順著軸向移動，呈徑向運動，齒頂齒根位置模具應力較高，易引起模具損害。所以，整形過程中最佳狀態為接觸齒面。

因為工藝技術上的差異性，使得不同技術工藝特點不同。例如：滾齒剃齒工藝精度等級為7--8級、冷鍛直齒齒輪精度等級為7--8級；加工效率分別是：1.6、1.2；加工率為400、1500。

凹模過渡擠壓腔結構。凹模擠壓腔作為齒輪冷鍛重要組成部分，科學有效的凹模結構能夠確保齒形飽滿、減小成型壓力，具有重要作用。但因為直齒圓柱齒輪對于材料、精度、形狀等有著嚴格按要求嚴格，并且在常規溫度相金屬變形力上較弱、流動緩慢進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，易發生磨損、彈性變形等問題。對此，根據杯桿形圓柱齒輪徑向擠壓成型技術優勢，進行了金屬規律流線凹模型腔設計，即：將正擠壓的直擠壓腔設置為過渡擠壓腔，進而優化金屬流動的均勻性，同時減小成型壓力。這對齒輪擠壓成型精度的提升具有重要影響。

在過渡擠壓腔階段，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行Bezier優化，進而達到流曲線要求。在過渡型腔結構中，擠壓腔曲線面模型構建與加工是其重要組成部分，曲面造型正確性與有效性對設計質量具有重要作用。因為曲面模型具有繁雜性特點。所以，一般在加工中難以達到標準精度。對此，利用數控機床高速銑削加工，隨后進行拋光加工進而完成流線型過渡擠壓腔曲面模型。

2 直齒圓柱齒輪冷鍛關鍵技術分析

較早以前，已經研制出了冷擠花鍵技術，漸開線花鍵與線齒輪其最大不同在于，花鍵只是進行低速傳動、齒輪則是用于高速傳動齒合，關于齒形、齒向要求尤為嚴格。

第一，標準齒輪制作。多點留料、多邊切割避免齒輪模具在切割過程中出現變形。首先，在線切割過程中采取較大坯料進而為裝夾與防止切割變形提供便利。其次，在線切割前進行鉆孔4--5個，以便后續留料切割。隨后，切割過程中需要從1--2點至2--1點，重復3--4次，一次切割余量降低進而抵消變形。這對提升線切割精度具有重要作用。

結合上述流程在標準齒與模具切割過程中，齒厚公差一周內應保持在0.01mm，齒形與齒向達到標準要求。例如：某零件標準齒輪數值為：m=2.5mm、z=13、a=20度。其標準齒通過上線切割方法能夠讓齒輪的齒廓精度控制在0.013mm內，齒向上能夠控制在0.01mm內，符合模具精度要求。

第二，預鍛模調整。結合其方法流程與模具制作流程，在齒輪冷鍛測量中發現：冷鍛精整后齒輪在5--7天內，單齒跳動與齒向要求符合標準要求。不過在實際制作中齒形一直與標準要求存在出入，同時規律等同。通過模具檢測與實驗證明，模具精度無異常，根本原因在于：壓力機壓力狀態齒形在齒頂上未充實造成的。對此，通過對流動原理研究發現：金屬在鍥形底端位置位于流動壓力下。若提升壓力機下壓力，齒根位置模具則會因為較大應力集中而影響模具。

所以，提出預斷模型腔修正計劃。原有預斷比終鍛的成型模具單邊縫隙在0.05mm。在進行修正后，預鍛齒上端位置小于終鍛單邊0.05mm，預鍛齒根修正單邊縫隙為0.10mm。通過修正，齒形偏差所有降低，基本符合標準精度要求。

3 結語

綜合分析，直齒輪冷鍛技術是一種先進技術形式。本文從直齒圓柱齒輪的冷鍛技術、關鍵技術兩方面進行分析，提出了線切割修正與預鍛模修正方法，有效的節省了模具制造時間與次數。并且經過實踐證明，效果良好。

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作者簡介：時曉飛（1987-），男，河南禹州人，碩士研究生，研究方向：金屬塑性變形過程數值模擬技術。