副箱驅動齒輪類零件鍛造模具壽命提升

文／邵利芳，黨軍·陜西法士特齒輪有限責任公司

副箱驅動齒輪類零件因為厚度厚、壁薄的特點，使得相應的鍛造模具型腔也比較深且型腔壁較薄，成形過程中極易在模具壁薄處產生破裂問題，造成模具壽命不高，鍛件成本居高不下。

圖1 為我公司設計的某副箱驅動齒輪示意圖，該齒輪鍛件外徑為φ140mm，總厚度91.6mm。該類直徑小、厚度厚、形狀類似法蘭盤的零件，其模具壽命不高一直是困擾我們的問題。

鍛造工藝探討

原有工藝

一般情況下，針對副箱驅動齒輪類零件，開式模鍛是其最廣泛使用的模鍛方法，這種方法的優點在于模具壁厚，鍛件有充裕的坯料可以充滿各個圓角，飛邊對模具受力起到緩沖作用，保證了模具壽命，但是其飛邊材料損耗為鍛件重量的10%～50%，平均約為30%，而材料費占模鍛件成本的60%～70%，所以我們將此類鍛件改為閉式生產。

原因分析

閉式模鍛是坯料在封閉型槽內以鐓粗或擠壓的方式變形成鍛件的。同開式模鍛相比，閉式模鍛最后成形部分必須靠模壁封住坯料進行內部充滿，這對模壁強度要求比較高。在以前設計時只考慮鍛件型腔，對模壁強度考慮不足，但是對于圖2 紅色標記所示部位需要充滿，在坯料接觸外壁后必須繼續下壓模具，導致模具受力過大，鍛件模壁薄弱處，特別是根部圓角(圖3）在成形后期受力過大破裂。

改善后的閉式熱模鍛工藝

為了提高模具壽命，針對此類法蘭類薄壁鍛件，我們統一考慮更改模具結構，將模具整體結構更改成分體結構，同時調整模具設計思路。為防止φ89.6mm 處模具受力過大，我們將難充滿的φ66.5mm 部位做成分體式結構，同時在φ89.6mm處增加排氣孔，減輕該處成形過程中憋氣的情況，如圖4 所示。經過更改后，模具壽命明顯好轉，由以前的1500 件左右升至3000 件左右，但是仍然不能滿足現場生產需求，特別是不能滿足自動線生產的模具壽命需求。

圖3 鍛模破裂情況

圖4 多工步生產模具

我們重新分析整個鍛件，在不改變鍛件工藝用料的前提下，對預、終鍛模具的設計保證兩點：第一、確保模具壽命達到設計要求，不會出現破裂的情況；第二、鍛件出模順利，不會出現卡模的現象。我們認為，鍛件上模側壁厚度小，而鍛件在成形過程中，上模受到的沖擊力要比下模大的多，所以將鍛件進行掉頭設計，也就是模具厚壁部位設計在上模，薄壁部位設計在下模，而且將下模薄壁部位和成形外圈設計為一體，如圖5 所標43 模具外圈所示。在設計過程中，預鍛設計是最為關鍵的，也是最能體現設計者技術水平的。預鍛主要起分料的作用，能為終鍛成形做好準備。在設計上，我們保證預鍛件在終鍛型槽內盡可能鐓粗且充滿型腔，而不發生坯料回流現象，這樣盡可能地減少鍛件的反擠成形，減少成形力的同時也降低鍛件折疊形成的風險。

圖5 更改后的模具圖

按照新的思路進行模具設計后，鍛件充滿性好，模具壽命達到設計要求。在多工位或高能螺旋壓力機上使用該模具時，模具壽命提高為原來的兩倍以上，從而降低了鍛造成本，且降低了工人的勞動強度。

結論

本文通過對副箱驅動齒輪類零件不同模具設計工藝的對比，得出以下結論：

⑴在預鍛型腔設計時，要考慮分料，也要考慮鍛件成形過程中坯料的流動方式。

⑵此類高翼型驅動齒輪的閉式工藝，不同于其他齒輪的閉式工藝，特別是在高速自動線上，因步進梁傳輸比較快，人力無法干預，所以在設計過程中要充分考慮每個工步的定位，分料要準確，特別是預鍛型腔的設計必須為終鍛成形做好準備。

⑶對于大多高能壓力機通常只有鐓粗和終鍛工步，模具設計更有難度。擇優的終鍛型腔設計，可以降低鍛件的廢品率，同時又可避免因產品結構導致模具壁薄易破裂的缺點，從而有效降低鍛造成本。

⑷該副箱驅動齒輪類零件的模具設計，對其他相似結構的模具設計具有借鑒和參考意義。