變速箱齒輪油槽鍛造成形工藝開發

文／余意，李文新·陜西法士特齒輪有限責任公司

此前，我公司齒輪產品上的油槽均為齒輪鍛造完成后機加工銑出油槽，這樣既增加了銑油槽成本，又影響交付進度。但鍛造油槽，油槽深度很難保證，且沖孔時容易導致油槽變形，本文針對鍛造油槽的重難點介紹了變速箱齒輪油槽的鍛造成形工藝，以及鍛造油槽中存在的問題和解決方法。

變速箱齒輪在高速運轉時，需要變速箱油進行潤滑和冷卻，尤其是齒輪和軸承的接觸面，當潤滑不足時，會造成軸承端面燒蝕而過早失效。為保證齒輪在工作時獲得足夠的潤滑，設計時，在齒輪端面上設計油槽，起到通油的作用。

齒輪油槽的結構

變速箱型號不同，擋位不同，對應的油槽結構也不同。根據油槽形狀的不同，變速箱上齒輪油槽結構可分為以下5種形式（圖1）：⑴單槽油槽；⑵雙槽油槽；⑶螺旋油槽；⑷十字油槽；⑸交叉油槽。根據齒輪兩端面是否都有油槽，亦可分為兩種結構：單面油槽和雙面油槽。

成形方式

三種成形方式

齒輪上油槽的成形方式有如下三種：

⑴齒輪鍛造完成后冷壓或熱壓出油槽，此方式須配有獨立的油壓機或增加壓油槽工序，且需要專門的壓油槽模具；

⑵齒輪鍛造完成后機加工銑出油槽，此方式增加了機加工和運轉成本，影響交付進度；

⑶油槽鍛造成形，此方式直接利用齒輪鍛造模具，在完成齒輪坯鍛造成形的同時，一次性完成油槽鍛造。從成本和交付進度方面考慮，油槽直接鍛造成形更經濟。

油槽鍛造成形分析

油槽鍛造成形，存在如下問題：

⑴產品上的油槽深度大多只有1～2mm，且深度尺寸公差小，但鍛件厚度公差較大，可能導致機加工后無法滿足油槽深度尺寸要求。

⑵若油槽在下模，在沖孔工序，因沖孔擠壓，會將料擠壓到油槽處，油槽靠近內孔處會凸起，導致油槽變形嚴重。

下面，將針對單面油槽、雙面油槽分別就上述兩個問題的解決方法進行闡述。

圖1 齒輪油槽的結構

單面油槽的成形及控制

只有齒輪的一個端面上有油槽，此類產品的油槽鍛造相對比較簡單。

針對由于鍛件厚度公差大導致油槽深度尺寸無法保證的問題，可根據油槽所在的端面，確定機加工定位面，這樣，就可使帶油槽的端面的機加工去除量保持一致，從而保證油槽深度。

針對油槽變形問題，由于變形多因沖孔導致，且多在下模，因此對于單面油槽，在沖孔工序，可將帶有油槽的那一面朝上，從而防止油槽變形。

雙面油槽的成形及控制

齒輪兩端面都有油槽，上述問題就會表現得尤為突出，目前常見的解決辦法為只鍛出其中一面油槽，另一面采用機加工銑油槽。這樣，控制起來相對簡單，但依然需要增加銑油槽工序，增加機加工成本，而且還會增加流轉時間，因此該方法不是最經濟的。

雙面油槽深度的控制

直接鍛出雙面油槽，若鍛件厚度公差控制不合理，如鍛件厚度尺寸偏上差，后加工的那一面的機加工去除量就大于設計值，從而導致油槽深度尺寸偏小，嚴重的可能會將油槽面車平，因此控制鍛件厚度公差尤為重要，從以下幾個方面入手：

⑴合理控制下料重量。目前，齒輪類鍛件多為閉式鍛造，即整個鍛造成形過程中，金屬是在一個封閉的模具型腔內流動成形的，根據體積不變原理，下料重量的偏差將直接體現到鍛件厚度上，從而導致鍛件厚度偏差不可控。以圖2所示的某客車變速器上二軸齒輪為例，若下料重量偏上差30g，鍛件厚度就會偏上差1mm。我公司采用日本萬陽的高精密剪床下料，下料重量偏差可控制在±10g以內。

⑵合理設計模具上油槽的深度。由于鍛壓機上生產的鍛件，厚度多會超上差，且批量生產時模具上的油槽結構容易磨損，因此，在模具設計時，須在原有油槽深度的基礎上適當加深，規定如下：對于機加工定位的那一面，可在油槽深度上加深0.3～0.5mm，非機加工定位的那一面，可加深0.7～1mm。

雙面油槽沖孔變形的控制

⑴如果沖孔時油槽與內孔有一定距離（單邊≥3mm），可在沖孔凹模刃口處做出凸起，將油槽保護在變形區外（圖3）。這樣，即使沖孔變形，也不會影響油槽的尺寸、形狀。

圖2 某客車變速器上二軸齒輪

圖3 沖孔凹模刃口做凸起

⑵如果油槽直接與內孔相通，無法在沖孔凹模刃口處做凸起，將油槽保護在變形區外，可從兩個方面入手解決沖孔時油槽變形的問題：

1）沖完孔后壓油槽：利用沖孔切邊順序模的結構，沖完孔后在切邊工序壓出油槽（圖4）。這種方法的優點：沖完孔后壓油槽，油槽不會變形，尺寸穩定。但缺點是增加一個工步，當采用手工操作時，操作不太方便，且生產效率低。

2)設計新的彈性沖孔模結構（圖5），使鍛件在沖孔過程中始終處在被壓緊狀態，可有效預防沖孔變形，壓緊裝置應同時具有浮動及壓緊兩種功能，以提供足夠的退件力，保證沖孔后順利退件。

圖4 沖完孔后壓油槽

圖5 彈性沖孔模

結論

⑴單面油槽可利用合理確定加工面的方法保證油槽深度，利用將沖孔時油槽面朝上的方法防止油槽變形。

⑵雙面油槽的油槽深度控制：1)合理控制下料重量；2)合理設計模具上油槽的深度。

⑶雙面油槽沖孔變形控制：1)在沖孔凹模刃口處做出凸起保護油槽；2)利用沖孔切邊順序模的結構，沖完孔后熱壓油槽；3)設計新的彈性沖孔模結構，壓緊狀態下沖孔。