薄壁齒套擠壓倒錐夾具

徐克忠，吳宜華，謝小輝

摘 要：在變速器選換檔時(shí)，同步器滑移齒套內(nèi)花鍵兩端倒錐是防止脫檔的重要結(jié)構(gòu)。冷擠壓加工齒套倒錐是一種較為普遍的生產(chǎn)制造方式，但易產(chǎn)生變形，影響批量生產(chǎn)中的質(zhì)量及效率，針對(duì)薄壁類齒套內(nèi)花鍵兩端擠壓倒錐如何控制變形，文章將在如何通過(guò)改進(jìn)擠壓夾具結(jié)構(gòu)，即要控制齒套外圓及內(nèi)花鍵倒錐變形，又要同時(shí)滿足制造部門對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍要求的情況下，對(duì)某型薄壁同步器滑移齒套冷擠倒錐夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹分析。

關(guān)鍵詞：齒套倒錐;冷擠壓;頂出裝置

中圖分類號(hào)：U463.212 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-170-03

Thin-walled Tooth Sleeve Extrusion Reversed Taper Fixture

Xu Kezhong， Wu Yihua， Xie Xiaohui

（Ganzhou Qunxing Machinery Co.， Ltd.， Jiangxi Ganzhou 341000）

Abstract： When selecting and shifting gears for transmission， the inverted cone at both ends of spline in the sliding gear sleeve of synchronizer is an important structure to prevent disengagement. Cold extrusion processing of tooth sleeve inverted taper is a common manufacturing method， but it is prone to deformation， which affects the quality and efficiency of mass production. How to control deformation by squeezing the inverted cone at both ends of the spline in the thin-walled toothed sleeve， this paper will improve the structure of the extrusion clamp. In this paper， the structure of a cold extrusion clamp for sliding gear sleeve of a thin-walled synchronizer is introduced and analyzed， which not only controls the deformation of outer circle and inner spline inverted cone， but also meets the production rhythm requirements of the manufacturing department.

Keywords： Tooth sleeve inverted cone; Cold extrusion; Liftout attachment

CLC NO.： U463.212 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-170-03

前言

汽車變速器中采用同步器，可以保證換檔操作迅速、輕便無(wú)沖擊，延長(zhǎng)齒輪和傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命，提高汽車在換檔和加速起步時(shí)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，同步器技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于各種車型上。汽車動(dòng)力傳輸是通過(guò)變速器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為防止變速器在工作中齒輪與滑移齒套嚙合不良而產(chǎn)生自動(dòng)脫檔現(xiàn)象的發(fā)生，現(xiàn)將滑移齒套內(nèi)花鍵的兩端與接合齒相接觸的部分，設(shè)計(jì)成沿齒向方向帶有倒錐的方式，從而防止變速器工作中，尤其是重載情況下脫檔現(xiàn)象的發(fā)生。

1 齒套倒錐常用的加工方法

目前同步器滑移齒套齒向倒錐制造方式一般采取是：插齒法、擠壓法、旋分切削加工法。比較上述三種方法：插齒法可以加工較大的切削量，但調(diào)整繁雜，滑移齒套內(nèi)花鍵大徑也產(chǎn)生切削。擠壓法效率高、機(jī)床及刀具成本低，易調(diào)整。旋分切削加工法加工精度和效率在三者中是最好的，但因設(shè)備和刀具目前均受限于進(jìn)口，成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前兩項(xiàng)，且需將滑移齒套內(nèi)花鍵大徑齒側(cè)增加矩形齒，對(duì)齒坯內(nèi)花鍵拉刀的制造提出了新的要求和困難。因此旋分切削加工法僅適合生產(chǎn)量特別大的產(chǎn)品。對(duì)于產(chǎn)品需求量一般且制造成本受限的產(chǎn)品，目前齒套倒錐加工還是廣泛采用擠壓方法加工倒錐。

2 產(chǎn)品要求及夾具現(xiàn)狀

冷擠壓加工效率高，倒錐工作面的粗糙度可達(dá)Ra0.8以上。但擠壓導(dǎo)致金屬流動(dòng)易造成齒坯變形，特別是薄壁零件擠壓時(shí)因倒錐處金屬流動(dòng)及徑向受擠壓力變形更為嚴(yán)重。我公司生產(chǎn)的某型同步器滑移齒套外形如下圖：

圖1 ?同步器滑移齒套外形圖

滑移齒套內(nèi)花鍵大徑與齒套外圓單邊壁厚6.175mm，撥叉槽處熱前單邊壁厚僅有2.3mm。為減少擠壓時(shí)變形，直接簡(jiǎn)單的方法就是增加外圓的壁厚，尤其是撥叉槽處，但增加壁厚將明顯增加制造過(guò)程中原材料及切削加工成本。為降低制造成本，我們?cè)O(shè)想在擠壓倒錐夾具托盤改變配合間隙，讓托盤和滑移齒套較為緊密的配合，在擠壓過(guò)程中讓托盤的內(nèi)孔緊緊地支撐住滑移齒套的外圓，依靠托盤的強(qiáng)度支撐使齒套沒(méi)有變形的空間。

生產(chǎn)試用中，改進(jìn)后的托盤是將滑移齒套外圓變形和圓度都控制住了，但加工效率因齒套與托盤配合緊密，擠壓后齒套外圓向外漲，造成外圓尺寸變大，無(wú)法從托盤中自由取出。為將工件從托盤中取出，需另外使用壓出裝置推出齒套，生產(chǎn)過(guò)程中大大增加了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了班產(chǎn)量。雖然質(zhì)量提高，但因加工效率下降，對(duì)比其它結(jié)構(gòu)厚實(shí)的產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，操作者無(wú)需借助其它壓出裝置自由取出，這種操作方式受到制造部門的投訴，要求我們進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)提高生產(chǎn)效率。改進(jìn)前擠壓夾具結(jié)構(gòu)如下圖：

圖2 ?改進(jìn)前擠壓夾具結(jié)構(gòu)

鑒于上述現(xiàn)象，為解決齒套與托盤無(wú)法自由取出的缺陷，我們又進(jìn)行了多次分析驗(yàn)證，首先改變托盤與滑移齒套配合間隙，但間隙改大到擠壓后自由取出后，滑移齒套外圓變形加大，個(gè)別件外圓尺寸超出工藝要求，內(nèi)花鍵M值的全齒變動(dòng)量就加大到了0.15-0.2mm。且倒錐角度一周變動(dòng)量也加大了，單齒兩側(cè)角度甚至出現(xiàn)相差0.5°以上的現(xiàn)象，無(wú)法達(dá)到質(zhì)量要求。倒錐技術(shù)要求如下圖：

圖3 ?倒錐技術(shù)要求

3 改進(jìn)方法及措施

圖4 ?改進(jìn)后擠倒錐夾具結(jié)構(gòu)

因此我們分析后認(rèn)為，如果在不增加齒套擠壓坯料外圓余量的情況下，只有靠托盤緊密配合來(lái)支撐提高滑移齒套徑向強(qiáng)度來(lái)減少變形，但這樣擠壓后如果沒(méi)有外力向上推滑移齒套，那么擠壓后滑移齒套是無(wú)法從托盤中自由取出。所以我們將設(shè)計(jì)思路集中到在擠壓夾具托盤上能否增加一組向上頂出的裝置。因擠壓過(guò)程中機(jī)床本身帶有一個(gè)向下壓的油缸帶動(dòng)上壓蓋壓緊齒套，以避免擠時(shí)工件向上變形移動(dòng)。所以我們?cè)O(shè)計(jì)的向上頂出力要小于上油缸的向下壓力。待擠壓行程完成后，上油缸帶動(dòng)上壓蓋向上移開后，托盤中頂出裝置將齒套頂出，操作者或者機(jī)械手可以自由取走齒套。為保證擠壓齒套的托盤有較好強(qiáng)度和耐磨性，我們選取20CrMnTiH材料，滲碳淬火的熱處理方式，處理后表面硬度：58-63HRC，芯部硬度：30-45HRC，有效硬化層深度：0.5-0.8mm。因彈簧布置空間有限，生產(chǎn)過(guò)程中壓縮頻率高，我們對(duì)彈簧除采取常規(guī)處理外還增加了立定、強(qiáng)壓的處理方法，以提高彈簧的疲勞壽命和使用的穩(wěn)定性。改進(jìn)后擠倒錐夾具結(jié)構(gòu)如圖4。

因齒套壁厚薄，滑移齒套下端允許布置頂出裝置的空間有限，我們采取圓弧形頂桿增大頂桿與齒套下端面的有效接觸面積，因托盤下部與機(jī)床及刀桿空間有限，為增加頂桿的推出力，在托盤的下部我們均布了六個(gè)彈簧驅(qū)動(dòng)的頂出裝置，為減少六個(gè)頂桿推動(dòng)上下行程，在保證托盤強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，在托盤上端兩側(cè)對(duì)稱開一矩形槽口，方便操作者手動(dòng)或機(jī)械手手爪伸入夾持住齒套，這樣就即方便了機(jī)械手爪夾持，也降低彈簧的壓縮行程，避免了托盤下端與機(jī)床本體產(chǎn)生干涉。齒套與托盤的配合間隙直徑方向設(shè)計(jì)時(shí)控制在0.015- 0.04mm。擠壓過(guò)程中機(jī)床配以少量潤(rùn)滑液，即改善了擠輪在擠壓內(nèi)花鍵倒錐時(shí)金屬的流動(dòng)性，也提升了齒套外圓在脫離托盤內(nèi)孔時(shí)的滑動(dòng)性。

4 生產(chǎn)驗(yàn)證

新結(jié)構(gòu)的夾具在批量生產(chǎn)中，保證了滑移齒套在倒錐擠壓過(guò)程外圓變形量、圓度控制在0.05mm以內(nèi)，倒錐處的內(nèi)M值變動(dòng)量穩(wěn)定地控制在0.08mm以內(nèi)，倒錐角度一圈變動(dòng)量控制在15'以內(nèi)。擠壓過(guò)程中我們選用潤(rùn)滑性能較好低濃度潤(rùn)滑液，即降低了齒套外圓與托盤內(nèi)壁的摩擦，還提高擠輪刀具的使用壽命，通過(guò)對(duì)比，同類擠輪使用壽命提高約10%。在保證尺寸精度要求外，對(duì)比舊結(jié)構(gòu)夾具，加工過(guò)程中無(wú)需生產(chǎn)者另外用壓出裝置取出工件，大大的提高了生產(chǎn)效率，滿足生產(chǎn)制造部門對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的要求，也為生產(chǎn)線進(jìn)一步采用機(jī)械手自動(dòng)上下料提供了基礎(chǔ)。

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