半軸齒輪胎模模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化創(chuàng)新及應(yīng)用

文/盧振強(qiáng)，安文軍，王永健·第一拖拉機(jī)股份有限公司

半軸齒輪主要應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等的差速器中，是實(shí)現(xiàn)左右車輪在轉(zhuǎn)向過程中以不同轉(zhuǎn)速移動(dòng)的主要部件。

本文介紹的是我公司生產(chǎn)的一類半軸齒輪，如圖1 所示，其軸部長(zhǎng)度介于10 ～30mm 之間，工藝為胎模鍛鍛造工藝，該類零件年需求約10 萬(wàn)件，針對(duì)傳統(tǒng)胎模鍛生產(chǎn)過程的勞動(dòng)強(qiáng)度大及安全性差進(jìn)行了工藝優(yōu)化創(chuàng)新，取得了顯著效果。

初始工藝

該類半軸齒輪的特點(diǎn)為：齒輪與軸部直徑相差較大，半軸胎模鍛模具設(shè)計(jì)時(shí)，需兼顧以下兩點(diǎn)：

圖1 半軸齒輪示意圖

⑴加工問題。若將軸部直徑與齒輪直徑做一致，則軸部存在加工余量大、加工費(fèi)用高的問題，因此需將軸部鍛出。

⑵胎模模具壽命、強(qiáng)度等。若單純的采用通底式模套進(jìn)行生產(chǎn)，則半軸相應(yīng)位置的模具高度偏小，存在模具強(qiáng)度不足，在鍛打過程中有容易開裂等風(fēng)險(xiǎn)。

綜上工藝分析：該類零件在使用胎模鍛工藝時(shí)，胎模一般采用有模墊式套模結(jié)構(gòu)，即由模套、模墊兩部分組成，如圖2 所示。通過增加模墊，增高軸部的模具高度，以達(dá)到提高模具強(qiáng)度和壽命的目的。生產(chǎn)工藝流程一般為：下料→加熱→胎模鍛。

圖2 胎模結(jié)構(gòu)示意圖

該工藝的生產(chǎn)設(shè)備一般為“C”形空氣錘。模具固定方式：將模具柄與套模通過焊接方式連接，工人通過模具柄扶穩(wěn)模具(圖3)。操作流程為：放置坯料→鐓粗→移走坯料→清理砧座上氧化物→放置模套→放置模墊→放置鐓粗后坯料→鍛打→出模→清理砧座。

圖3 生產(chǎn)時(shí)模具放置及固定示意圖

缺點(diǎn)及安全隱患

整個(gè)生產(chǎn)過程基本順利，但有以下幾個(gè)傳統(tǒng)胎模鍛工藝的通病一直困擾著我們：

⑴放置模墊時(shí)，由于模墊與模套之間間隙較小，一般單邊間隙為0.3 ～0.6mm，模墊向模套內(nèi)放置時(shí)操作困難，且放置模墊是在設(shè)備工作封閉空間內(nèi)完成，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

⑵在鍛打結(jié)束前幾錘，由于錘頭與模套上端面發(fā)生撞擊，導(dǎo)致模套出現(xiàn)“上下彈跳”“左右橫移”等現(xiàn)象，但模墊并不隨之移動(dòng)，經(jīng)常發(fā)生模墊從模套下方掉出，橫移至模套側(cè)方的情況(圖4)。若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)停錘，再次錘擊時(shí)將出現(xiàn)模套與砧座將模墊擊飛傷人現(xiàn)象。

圖4 模墊從模套掉出，出現(xiàn)不同心現(xiàn)象

⑶生產(chǎn)工人為避免出現(xiàn)模墊被打飛的風(fēng)險(xiǎn)，需用力握緊胎模柄，盡量減小模套跳動(dòng)、移動(dòng)量，此方法不僅增強(qiáng)了勞動(dòng)強(qiáng)度，且鍛打節(jié)奏不能過快，影響生產(chǎn)效率。

原因分析

為解決上述問題，我們組織生產(chǎn)工人及技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際情況展開分析、討論，結(jié)論如下：

⑴鍛打結(jié)束前，錘頭與模套上端面發(fā)生撞擊，模套發(fā)生“上下彈跳”“左右橫移”的現(xiàn)象，在胎模鍛工藝中無法消除避免。

⑵安全隱患的根本原因是：模墊與模套配合方式為直面配合，存在間隙；在上下方向，模套對(duì)模墊無約束，模墊易從模套下方漏出。通過改動(dòng)結(jié)構(gòu)，增加模套對(duì)模墊的約束，從而避免圖4 現(xiàn)象出現(xiàn)。

⑶模套與模墊之間間隙小，模墊向模套內(nèi)放置困難，操作不便。為避免出現(xiàn)擠毛刺現(xiàn)象，其靜態(tài)配合間隙無法擴(kuò)大，但可以通過改動(dòng)模套、模墊的配合方式，增大模墊開始放入模套時(shí)兩者之間的瞬間間隙。

改進(jìn)措施

結(jié)構(gòu)改動(dòng)：為增加模套對(duì)模墊上下方向的約束，增大模墊放入模套時(shí)的瞬間間隙，將模套與模墊之間的配合方式由豎直圓柱配合改為直面與傾角α 共存的方式；同時(shí)改變模墊形狀，將模墊由圓柱形改為圓柱與圓錐組合形，具體結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

尺寸參數(shù)選擇：模墊的直面高度h 一般取5 ～8 mm，圓錐配合面斜度α 一般取7°～15°之間，且為保障間隙均勻，應(yīng)使α1=α2，如圖6 所示。

圖5 模具改進(jìn)結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 模具改進(jìn)后模套與模墊配合面放大示意圖

新工藝生產(chǎn)驗(yàn)證

首先，制作新模具，按照新設(shè)計(jì)的圖紙制作模套、模墊；其次，對(duì)職工進(jìn)行新工藝操作培訓(xùn)；隨后組織生產(chǎn)調(diào)試，本次調(diào)試效果非常理想。

⑴模套與模墊在鍛打過程中實(shí)現(xiàn)了同步移動(dòng)，徹底杜絕了模墊從模套中掉出而被打飛傷人的可能性，從模具結(jié)構(gòu)上消除了不穩(wěn)定因素。

⑵使模墊放入模套時(shí)的瞬間間隙β1相對(duì)改進(jìn)前間隙β2單側(cè)增大了3 ～5mm，如圖7 所示，極大地提高了將模墊放入模套時(shí)的可操作性。

圖7 改進(jìn)前后對(duì)比

⑶解決了必須在模套放置于砧座上后，才能放入模墊的弊端，使模墊可以提前在設(shè)備工作封閉空間外放入模套，避免了在設(shè)備封閉空間內(nèi)的操作，降低安全風(fēng)險(xiǎn)；并且可使清理砧座與模套裝配模墊同時(shí)進(jìn)行，縮短操作流程的整體時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。將操作過程更改為：

放置坯料→鐓粗→移走坯料→清理砧座上氧化物，在設(shè)備封閉外將模墊放入模套→放置裝配好的胎模→放置鐓粗后坯料→鍛打→出模→清理砧座。

工藝推廣

后續(xù)又通過兩個(gè)系列半軸齒輪，共計(jì)14 個(gè)零件，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證：模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，從防錯(cuò)的角度徹底避免了因操作失誤出現(xiàn)的危險(xiǎn)因素，同時(shí)使操作更加方便，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；縮短了整個(gè)操作流程的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，生產(chǎn)這兩個(gè)系列的零件，在改進(jìn)前單件生產(chǎn)約需70s，改進(jìn)后一般可在50s 內(nèi)完成，單件效率提升29%左右，整體班產(chǎn)產(chǎn)量約提高20%。

結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)小型半軸齒輪的胎模鍛工藝進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)操作進(jìn)行了總結(jié)，并引用防錯(cuò)思想進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化創(chuàng)新，不僅有效提高了工作環(huán)境的安全性，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。目前，“安全、優(yōu)質(zhì)、高效”的生產(chǎn)方式，是保障企業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展的根本手段，而機(jī)械防錯(cuò)是保障“安全、優(yōu)質(zhì)、高效”生產(chǎn)方式的有效手段。所以，在模具設(shè)計(jì)及改進(jìn)時(shí)，以防錯(cuò)思想為指導(dǎo)，才能使結(jié)構(gòu)更加合理。

褙子為長(zhǎng)袖、長(zhǎng)衣身，腋下開胯。領(lǐng)型有直領(lǐng)對(duì)襟式、斜領(lǐng)交襟式、盤領(lǐng)交襟式三種，以直領(lǐng)式為多。