汽車后橋從動齒輪鍛造工藝研究

雷海峰 張召慶 柏秀泉

摘要：汽車后橋從動齒輪作為汽車的主要傳力零部件，需要具備高抗剪切，高抗沖擊及高的抗耐磨性。根據實際使用過程中的受力情況可以將其認為是一類鍛件。本文根據鍛件的成形過程及金相組織相變過程及模具的設計過程對齒輪想性能影響程度進行了詳細研究。

關鍵詞：汽車后橋；齒輪；鍛造

一、從動齒輪模鍛成形過程分析

從動齒輪是軸對稱類鍛件，變形過程為將圓柱形坯料變形為環形鍛件，如圖1所示。

從動齒輪的變形分為三個階段：一、自由鐓粗階段（H1）；二、金屬填充至充滿階段（H2）；三、鍛件符合設計階段（H3）。總的行程為H1+H2+H3。

第一階段（H1）

上下模槽與坯件接觸至坯料與槽邊橋部接觸。因為此階段的變形抗力很小，所以需要讓金屬盡可能的充滿整個模槽的型腔。使坯料的截面積幾乎等于型腔的投影面積。

第二階段（H2）

完成第一階段后，金屬會進一步橫向流動形成飛邊。此階段的變形抗力會隨著H2過程的進行不斷增加，因此在進行模具設計時，需要最大限度的減少鍛造所做的變形功，以減少金屬的流動阻力。

第三階段（H3）

第二階段完成后，型腔內已經充滿了金屬。第三階段所做的工作為將多余金屬擠入飛邊槽內。達到型腔上下槽模面的閉合，進而形成合格的鍛件。H3階段的變形力、變形功以及材料損耗都是很大的，因此需要盡量減少H3階段。其中零件的幾何形狀及零件的復雜系數對H3的影響巨大，因此我們著重對其進行研究。

如圖2所示的飛邊槽，其中橋部的阻力會隨著b/h的增大而增大。為了便于整個鍛件充滿型腔需要對復雜的零件的b/h取大值；對簡單的零件的b/h取小值，以達到圖紙的設計要求。初次將從動齒輪鍛模的槽部b/h設計為8，此時的鍛件很難靠合，因而造成鍛件的不合格，增加了鍛件的加工余量。此外，由于鍛件的很難靠合也大大增加了鍛件的錘擊次數，降低了模具的壽命。

將從動齒輪的槽部尺寸b減小，將b/h減小至3.5，收到了很好的效果。即保證了鍛件的成形準確又減少了錘擊次數，增加了模具的壽命。

二、從動齒輪模鍛中折疊產生原因及其防止措施

結合實際情況，從動齒輪用20CrMnTi進行試制。在試制過程中鍛件的內緣與轉接處產生了折疊，如圖3所示。

以上實驗證明，要保證材料完整的充滿整個型腔而又不發生折疊現象，選擇d1=150mm原材料是最好的。

此外，工人的鍛造技術水平也對鍛件的折疊會產生重要的影響。工人鍛造水平較高，在鍛造過程中開始只輕輕的錘擊，然后再重重的錘擊，如此操作不易產生折疊，同時還能使鍛件完整的充滿整個型腔。如若開始鍛造的時候就重擊，折疊現象會非常的嚴重，鍛件不但不能完整的充滿整個型腔，而且會使得金屬外流而無其他的金屬進行型腔填充。

三、鍛件內部的質量控制

1、鍛件的內部質量

鍛件的內部質量是指在鍛件正火處理后，鍛件內部的金相組織，整體硬度及鍛件的均勻性和綜合力學性能。

從動齒輪的材質為20CrMnTi，正火處理后得到的金相組織為鐵素體和片狀珠光體的機械混合物，硬度170-207HB，抗拉強度為885MPa、延伸率為12%。若這些指標達不到要求將直接影響齒輪的使用性能。若硬度超出指定的要求，將出現貝氏體組織，增加加工成本；若

硬度較低，則零件的表面粗糙度很難達到要求；因此需要對其組織性能進行很好的評估，保證其后期的持續使用。

2、防止鍛件的脫碳現象

鍛件的脫碳現象是由于對零件的加熱不當引起的，脫碳將導致機械加工余量減少以及零件內部組織不均勻的現象發生。從而引起零件的力學性能下降，造成齒輪的過早失效。究其脫碳原因是由于鍛造加熱時，加熱時間過長導致的。因此需要采用首先在低溫爐內保溫，再將其轉至高溫爐內加熱的工藝進行處理，防止脫碳現象的發生。

四、總結

（1）首先分析了從動齒輪在鍛造過程中的金屬流動，進而分析了飛邊槽橋部尺寸的關系，為鍛件成形奠定了理論基礎。

（2）分析了從動鍛造齒輪產生折疊現象的原因，并進行了不同直徑齒輪的折疊現象實驗，由實驗得出從動齒輪直徑是150mm時，能夠很好的克服折疊現象的產生，從而保證齒輪質量。

（3）鍛造質量的控制，分析了產生鍛造質量的原因，從實際出發，制定了合理的鍛造工藝，保證了鍛造后的齒輪質量。

參考文獻

[1]莊中.汽車齒輪加工的新技術和發展動向[J].汽車工藝與材料，2012，06：43.

[2]陳鵬，舒義明.汽車變速箱齒輪加工工藝及設備[J].天津汽車，2012，07：56.

[3]王政.汽車齒輪的加工工藝及發展趨勢[J].現代零部件，2010，09：26-28.

[4]顧永生.現代汽車發動機制造工藝的發展動向[J].柴油機設計與制造，2010.

作者簡介：雷海峰（1987-），男，漢族，重慶，工程師，碩士研究生，重慶集信機械有限公司，主要研究方向：現代制造技術與裝備。

（作者單位：重慶集信機械有限公司）