淺析螺旋傘齒輪精鍛成形

向學院 鐘浩建

摘要：螺旋傘齒輪普遍運用于坦克、拖拉機以及汽車等機械的驅動橋上，具有極大的需求量，而如今依舊采取以前的切削工藝實施加工，產品質量不高，材料利用率低，很難滿足工業飛速發展對齒輪高性能的要求。于是，為了有效提升產品質量以及生產運行效率，需要開發一種螺旋傘齒輪精鍛成形的新型工藝。本文首先分析了螺旋傘齒輪精鍛存在的相關問題，然后提出了有效的研究方法，以供參考。

關鍵詞：螺旋傘齒輪;精鍛成形;研究

螺旋傘齒輪在汽車船舶、工程機械以及空間技術等領域具有普遍的運用，而且其市場需求量非常大，它的核心功能是用來傳遞動力以及運動[1]。本文首先分析了螺旋傘齒輪精鍛存在的相關問題，然后探究了如何優化螺旋傘齒輪的精鍛工藝，以促進螺旋傘齒輪更好地適應時代發展的需求。

一、螺旋傘齒輪精鍛存在的具體問題

螺旋傘齒輪的幾何形狀十分繁瑣，以及其產品的表面質量、尺寸精度、組織性能、力學性能要求非常高。經過若干年的深入、有效研究。獲取了部分成果，可與現實生產應用還存在一定的距離，還有大量工作要開展，重點包含以下幾個方面：

（一）工藝方案分析

螺旋傘齒輪的精鍛工藝，存在型腔填充困難、產品質量無法保證以及成形難度大、模具壽命低等問題[2]。于是，制定科學、有效的方案，使變形力獲得降低，充分提升模具壽命以及填充性能，依舊是未來的研究關鍵點。

（二）成形過程研究

螺旋傘齒輪的精鍛成形填充過程很繁瑣，其成形過程中的材料塑性變形行為以及塑性力學行為是對齒輪精鍛成形工藝進行開發的關鍵條件。以前的力學研究方法對這種成形過程很難發揮作用，齒輪精鍛試驗由于精密加工和設備能力以及模具材料的要求較高，進一步造成工作量大以及費用很高。在傘齒輪的相關成形過程中才開始使用有限元分析技術，如今只是單一化地模擬研究了某一工藝的成形過程，還沒有系統性地分析成形過程的影響因素以及流動規律等。

（三）模具結構與工藝優化問題

螺旋傘齒輪精鍛屬于一種近凈成型的工藝。為了很好地滿足這種工藝的相關要求[3]。在模具以及工藝的相關設計中，應該以精鍛過程中金屬的變形力學特點以及真實流動規律為核心基礎，對坯料的尺寸與形狀以及結構等參數開展深入優化。

（四）其他工藝問題

螺旋傘齒輪的精鍛成形是一項技術含量高以及難度很大的綜合性技術。在充分研究實用化工藝的時候，還需要考慮設備選擇與模具材料、潤滑處理、坯料精化處理等問題。

二、如何優化傘齒輪的精鍛工藝

一般借助于實驗分析以及理論研究來深入研究齒輪精鍛技術，對齒輪成形整個過程中金屬的變形力以及流動規律開展分析，并且對模具幾何以及工藝參數變化成形的相關影響開展定性分析。這些與變形規律相關的探究工作重點集中在力能分析，針對流動規律的研究，就只能簡單地研究金屬的大體流動，而無法獲得變形坯料表面形狀以及內部質點的流動場，于是，只能獲得一些變形力學的特征參數，而無法明確金屬的流動規律以及變形力學特征[4]。借助于實驗力學策略無法了解變形流動規律以及各種工藝參數對模具壽命以及鍛件質量的影響，因此也不能很好地優化壞料的尺寸與形狀、模具結構以及工藝參數，加上周期長以及耗資大等原因，很難滿足分析以及研究的需要。伴隨全球化進程的加快與網絡化時代的來臨，其本身的缺陷也進一步暴露出來。

近些年來，伴隨有限元理論的持續成熟化，出現了一些專門用來研究有限元的大型軟件，其運用范圍逐漸擴大，處理問題的能力也逐漸增強，為綜合分析齒輪成形過程的具體變形規律以及影響因素進一步提供了便利。如今Autoforge、Superforge以及Deform等軟件專門用來有效模擬齒輪的成形工程。螺旋傘齒輪精鍛是三維非穩態塑性的成形過程，通常不能當作軸對稱或者平面問題來處理。經過對三維有限元的相關數值進行有效模擬，能夠得到傘齒輪成形過程的應變分布、材料內部應力、模具載荷以及材料流動規律等，為模具設計以及工藝參數的選擇進一步提供具體的參考數據。伴隨三維有限元模擬技術的持續進步。三維有限元數值模擬將不斷變成齒輪成形研究的重要手段。

在分析螺旋傘齒輪的工藝的過程中還能夠利用等溫壓縮實驗，不斷獲取齒輪鋼的研究速度與溫度，流變應力曲線等因素對塑性變形行為的具體作用。然后借助于透射電鏡以及金相顯微鏡，仔細觀察各個變形條件下的微觀組織，分析其變形過程的具體變化。按照壓縮實驗的具體結果，探究變形速度以及變形溫度對試樣內部等的具體影響，不斷獲得合適的鍛壓工藝參數[5]。據此明確齒輪鋼鍛壓工藝的相關條件。采取有限元法數值模擬技術，對螺旋傘齒輪的工藝參數、成形過程、模具結構對鍛壓過程的具體影響進行探究，分析金屬在螺旋傘齒輪成形中的具體流動規律，按照相關模擬結果對模具結構以及成形工藝開展進一步優化[6]。最后探究模擬以及試驗結果，制定科學、有效的生產工藝，進而減少生產成本，充分提升研發效率。

三、結語

總而言之，國內汽車等工業的飛速發展，一定會對精鍛螺旋傘齒輪在質量、性能以及精度等方面提出更嚴格的要求，也一定會促進傘齒輪精鍛技術的快速、持續發展。齒輪精鍛工藝進一步代表了我國的機械化水平，對螺旋傘齒輪精鍛技術進行優化不但能夠促進國內機械工業的飛速發展，提升整個領域機械產品的綜合水平，不斷縮短與發達國家之間的差距，而且能夠變成降低能耗以及節約材料的核心渠道，進而極大地提升機械工業的效益。

參考文獻：

[1]宋宇超.汽車后橋螺旋傘齒輪鑄鍛復合成形工藝的數值模擬研究[D].2016.

[2]王永剛.螺旋錐齒輪精鍛有限元分析與實驗研究[J].鑄造技術，2017，038（012）：2985-2988.

[3]李振東.直齒圓柱齒輪冷精鍛成形關鍵技術的工藝優化研究[D].2016.

[4]徐君燕，卜建榮，朱楠.帶肋板齒輪坯閉式熱精鍛成形工藝的數值模擬改進[J].期刊論文，2017，41（3）.

[5]劉勇，李勇.差速器錐齒輪精鍛成形工藝及模具開發[J].工程技術（引文版），2016（12）：00268-00268.

[6]薛嘉鑫，趙寒，李順軍.關于精鍛錐齒輪鏜孔夾具設計的經驗分享[J].課程教育研究，2019（48）.