半軸直齒錐齒輪安裝面上油槽的凈成形鍛造

文/孟江濤·洛陽華冠齒輪股份有限公司

差速器行星、半軸直齒錐齒輪是車輛傳動系統(tǒng)中的關鍵零件，無論車輛的雙級橋還是單級橋，其內(nèi)部差減總成中都有一套差速器行星、半軸直齒錐齒輪，在傳動系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用。

為了確保差速器直齒錐齒輪在嚙合傳動過程中，處于良好的工作狀態(tài)，其齒輪的安裝面與差殼內(nèi)的易損件——墊片之間的潤滑就顯得極為重要。在往年的新產(chǎn)品開發(fā)過程中，經(jīng)常會遇到一些按照常規(guī)思路和常規(guī)工藝，不能優(yōu)質(zhì)高效實現(xiàn)圖紙要求的結構或尺寸，因此需要利用創(chuàng)新的思維，另辟蹊徑來保證圖紙的結構和尺寸，達到實物的功能要求。

工藝對比

商用重載車部分橋型的差減總成中，有幾種與差速器行星齒輪相嚙合的特殊半軸直齒錐齒輪結構。安裝基準面上的蝴蝶形油槽結構（圖1），按照常規(guī)機加工工藝是很難實現(xiàn)的，只有通過特殊工藝，要么利用數(shù)控銑按照三維造型所生成的程序銑削加工，要么通過電腐蝕方法采用電火花機床使用紫銅電極電蝕加工，這兩種加工方法效率低、成本高，在企業(yè)內(nèi)大批量生產(chǎn)時極不適宜。

圖2所示的雙曲線油槽結構，按照常規(guī)機加工藝是能夠通過車加工實現(xiàn)的，但需要設計、制作特殊工裝夾具，通過手動方式裝夾、緊固，車削完一條油槽后，需要拆卸、換向，車削另一條油槽。盡管技術人員，經(jīng)過認真思考和研討，設計的工裝可一次性裝夾五、六件，但這僅節(jié)省了機加工時間，而輔助時間所占比例較大，效率仍然很低。另外，這兩種結構半軸齒輪的外圓上均有兩對稱扁，且此扁與安裝面上的油槽均有相對位置約束，按照傳統(tǒng)工藝是先在臥式銑床上，利用錐齒齒形定位，銑削兩扁，然后再在電火花機床和車床上，腐蝕和車加工蝴蝶形和雙曲線油槽，這樣加工油槽前裝夾工件時，就要特別注意銑扁位置的固定性，否則將會出現(xiàn)油槽和外圓扁的錯位，造成廢品。

創(chuàng)新工藝

軸頸上外圓扁及與之垂直端面上雙曲線油槽的凈成形鍛造，就是為了克服現(xiàn)有技術的不足，而提供一種效率高、節(jié)約原材料、刀具消耗少、降低制造成本的最優(yōu)化工藝方法。前述的半軸齒輪軸頸外圓扁及端面蝴蝶形油槽或雙曲線油槽的結構，即為該工藝方法運用于實際生產(chǎn)的案例。

圖1 安裝基準面上蝴蝶形油槽結構

圖2 雙曲線油槽結構

凈成形鍛造方法

半軸齒輪軸頸外圓扁及端面雙曲線油槽近凈成形鍛造方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的：

⑴根據(jù)差速器半軸齒輪產(chǎn)品圖紙及結構，嚴格按照圖紙尺寸（特別是外圓扁及端面雙曲線油槽尺寸），利用三維軟件對零件圖進行三維實體造型，生成冷態(tài)的零件三維實體。

⑵結合鍛造條件及機加工情況，在外圓及安裝基準面上預留適當?shù)臋C加工余量，參考被鍛造材料的膨脹系數(shù)及鍛造溫度，計算出所需鍛造溫度下的收縮率，對冷態(tài)的零件三維實體鍛件進行膨脹，生成熱態(tài)的實體鍛件，然后由熱態(tài)實體鍛件轉生成熱態(tài)專用下凹模實體造型（圖3）。

⑶將熱態(tài)專用下凹模實體造型編程后在數(shù)控銑上，熱處理前先粗銑加工型腔，熱處理后再精銑加工型腔，至此熱態(tài)專用下凹模已加工成形。

⑷將成形凹模以及下頂桿、上模墊板、上模套 、下模套、上齒形模安裝、緊固于鍛造設備上，分別校驗粗鍛、精鍛上齒形模的齒槽和專用下凹模銑扁位置的對應關系一致，局部裝配圖如圖4所示。

圖3 熱態(tài)專用下凹模實體造型

圖4 局部裝配圖

待校驗符合要求后，即對模具進行預熱處理，待模具預熱至特定溫度范圍即可進行鍛造。該凈成形鍛造工藝一般采用一次加熱，分粗鍛、精鍛兩次成形，最終完成鍛件的精密成形，粗鍛造時只是預成形，漸開線直齒錐齒充滿程度達到70%～80%即可。在鍛件總厚度上，一般不留下壓量，而在安裝基準面即含有油槽的端面上，必須預留一定的下壓量，供二次精密成形時，有足夠的所需材料及金屬流動空間，便于鍛件充填飽滿。

⑸將鋸切合格的棒料段置于中頻感應加熱爐中，根據(jù)棒料規(guī)格調(diào)整進料頻率，將加熱至所需鍛造溫度的料塊先置于粗鍛生產(chǎn)線的下凹模中，啟動已調(diào)節(jié)好打擊力的鍛造設備，對料塊進行一次性打擊，然后在設備上滑塊回升的過程中，啟動頂料裝置，使得粗鍛半軸齒輪熱態(tài)鍛件及時被頂桿頂出下模腔，利用人工或機械手取走粗鍛半軸齒輪熱態(tài)鍛件。

⑹將粗鍛半軸齒輪熱態(tài)鍛件置于精鍛生產(chǎn)線的下凹模型腔中，啟動已調(diào)節(jié)好打擊力的鍛造設備，對粗鍛半軸齒輪熱態(tài)鍛件進行二次打擊，然后在設備上滑塊回升的過程中，啟動頂料裝置，使得半軸齒輪精鍛件及時被頂桿頂出下模腔，利用人工或機械手取走鍛造完成的差速器半軸齒輪熱態(tài)鍛件，最終冷卻后的精密鍛件如圖5所示。

圖5 最終冷卻后的精密鍛件

此精密鍛件，只要下料尺寸或重量嚴格控制，鍛造時加熱溫度和打擊力恒定不變，其安裝基準面上的機加工余量就可以穩(wěn)定地控制在0.3～0.5mm范圍內(nèi)，總厚余量也可以精確控制，這樣就可以通過調(diào)整凹模型腔內(nèi)雙曲線凸臺的高度，來達到最終半軸齒輪端面雙曲線油槽的尺寸。

結束語

半軸齒輪軸頸外圓扁及端面雙曲線油槽近凈成形鍛造方法的大力推廣和運用，不僅節(jié)約原材料，還大大提高了機加工效率，降低了各種刀具消耗，為企業(yè)創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟效益。該模具結構已被授權實用新型專利，該工藝方法已被授權發(fā)明專利。