齒輪在模鍛后如何解決齒不易充滿型腔的問題--專題.doc

專題論文齒輪在模鍛后,如何解決齒不易充滿型腔的問題摘要：由于直齒圓錐齒輪的尺寸精度與質(zhì)量要求一般都很高，難以采用常規(guī)的塑性加工技術(shù)成形。冷閉塞鍛造技術(shù)是近年發(fā)展起來的精密成形技術(shù)。然而，在采用冷閉塞鍛造成形直齒圓錐齒輪時(shí)，金屬能否充滿型腔直接影響到直齒圓錐齒輪的尺寸精度和產(chǎn)品的加工質(zhì)量。本文分析了成形過程中影響金屬充滿的一些情況并采取了相應(yīng)地解決措施。關(guān)鍵字：直齒圓錐齒輪、閉塞鍛造、模腔Abstract:Becauseofthestraighttoothbevelgearsizeprecisionandthequalityrequirementallveryaregenerallyhigh,usesconventionalwithdifficultytheplasticprocessingtechnologyforming.Thecoldunenlightenedforgingtechnologyisthepreciseformedtechnologywhichtherecentyearsdeveloped.However,whenusesthecoldunenlightenedforgingformingstraighttoothbevelgear,themetalwhetherfillingcavitydirectlyaffectsthestraighttoothbevelgearsizeprecisionandtheproductprocessingquality.Thisarticleanalyzedintheformingprocesstoaffectsomesituationswhichthemetalfilledandtoadoptcorrespondinglyhassolvedthemeasure.Keywords:Straighttoothbevelgear,Unenlightenedforging,Cavity.隨著機(jī)械工業(yè)的迅猛發(fā)展及外向型經(jīng)濟(jì)的日益擴(kuò)大，對(duì)模鍛行業(yè)的裝備及工藝技術(shù)提出了更高的要求。采用新型模鍛工藝閉塞鍛造工藝，金屬坯料在模膛中成形。閉塞鍛造工藝又稱復(fù)動(dòng)式凸模在一個(gè)方向或多個(gè)方向施加不同的壓力，使毛坯產(chǎn)生多向流動(dòng)，從而可在一道變形工序中獲得較大的變形量和復(fù)雜的型面，可以鍛造出幾何形狀更復(fù)雜、尺寸精度高、表面質(zhì)量好的鍛件。冷閉塞鍛造成形過程（見圖-1）如下：先將上下成型模具閉合并施加一定的工作載荷1P壓緊，毛坯在封閉的模腔內(nèi)產(chǎn)生一定的變形，再由復(fù)動(dòng)式凸模施加壓力2P，3P，使毛坯產(chǎn)生多向流動(dòng)，從而在一道變形工序中齒輪零件冷精密塑性成形。圖1與開式模鍛相比，閉塞模鍛可以顯著提高金屬材料的利用率和鍛件精度。而冷閉塞鍛造技術(shù)是國(guó)際上近年發(fā)展起來的先進(jìn)制造技術(shù)。閉塞鍛造作為精密復(fù)雜零件生產(chǎn)的重要途徑，以其精密、優(yōu)質(zhì)、高效、低消耗、低成本、大批量等生產(chǎn)特點(diǎn)而為汽車工業(yè)所矚目。直齒圓錐齒輪是應(yīng)用極為廣泛的重要傳動(dòng)零件。因其形狀復(fù)雜，材質(zhì)、尺寸精度、表面質(zhì)量及綜合機(jī)械性能均要求很高，很難以常規(guī)的塑性加工技術(shù)生產(chǎn)，通常采用模鍛制坯即采用閉塞鍛造制坯然后再切削加工的制造方法。在此過程中，金屬能否充滿型腔直接影響到直齒圓錐齒輪的尺寸精度和加工質(zhì)量，甚至導(dǎo)致劣質(zhì)產(chǎn)品的產(chǎn)生或產(chǎn)品的報(bào)廢。因此，分析加工過程中影響金屬充滿型腔的因素并尋求優(yōu)化方法十分必要。1、產(chǎn)品圖分析如圖-2所示為直齒圓錐齒輪。模數(shù)m=5.4，齒數(shù)z=10，法向齒形角n=2230，大端分度圓直徑de=54，大端錐距Re=50.95，分錐角=32，根錐角f=2724其主要齒形精度為GB1136589，齒圈跳動(dòng)公差Fr=0.04，齒距極限偏差fpt=0.018，材料為20鋼。毛坯直徑d=38.5mm.成形該直齒圓錐齒輪的變形量在80%以上，冷成形難度大，精度、表面粗糙度要求高，一般的成形工藝不易保證，尤其齒形的充填情況不容樂觀，極有可能齒頂充填不滿，有弧形內(nèi)凹陷，或小端充填不飽滿，有塌陷，齒面，齒根有折疊等缺陷。這就要求以齒形充填飽滿、改善變形條件（降低金屬沿齒頂、齒向的流動(dòng)阻力）為目的來設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)和制定工藝方案。圖22、模鍛時(shí)型腔充填問題分析閉塞鍛造時(shí)，引起金屬充不滿的原因可能是：在模膛深而窄的部分和端部圓角處由于阻力大不易充滿；在模膛的某些部分（如齒的倒角處），由于金屬很難流到而不易充滿；制坯時(shí)某些部分坯料體積不足，或操作時(shí)由于放偏，某部分金屬量不足引起充不滿等。21毛坯對(duì)型腔充填的影響及坯料的設(shè)計(jì)圖3坯料形狀、尺寸的確定應(yīng)滿足鍛件圖對(duì)坯料體積、質(zhì)量的要求，遵循體積不變的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。閉式鍛造工藝對(duì)坯料的體積和重量要求較精確，大了，小了都不行，大了模具易破損，小了不能充滿，即不能滿足成型，所以必須進(jìn)行精確的計(jì)算。體積確定后還必須根據(jù)成形工藝的要求確定合理的高、徑尺寸，及必要的工藝倒角、圓角、減荷穴等。在體積相等的條件下，坯料的高、徑比不同對(duì)金屬充填齒形的影響很大。另外對(duì)坯料的表面粗糙度要求較高，并在兩端車有工藝倒角，中心開有減荷穴等，如圖3。另外，直齒圓錐齒輪主要用鐓擠成形。如果直接用圓柱形毛坯鐓擠，齒形難于充滿，要使錐齒輪成形良好，首先要對(duì)毛坯端都進(jìn)行預(yù)成形，使其錐角近似于齒形錐角，然后再鐓擠成形。22型腔結(jié)構(gòu)對(duì)型腔充填的影響及其設(shè)計(jì)在采用閉塞鍛造制造直齒圓錐齒輪時(shí)，型腔的結(jié)構(gòu)對(duì)金屬能否充滿型腔有很大的影響，而其中齒輪的端角角隙又起關(guān)鍵作用，是最難充滿的地方。由于直齒圓錐齒輪的齒的倒角用圓角替代對(duì)齒輪的功能等都沒有多大影響，擠壓過程中，當(dāng)型腔采用直倒角時(shí)，金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)要拐過一個(gè)很大的角度再流入角隙（如圖-4左），并且此時(shí)需要的壓力也大，相應(yīng)的對(duì)模具損壞也就增大；而用圓角代替齒的直倒角更有利于金屬的流動(dòng)及角隙的充滿，而且圓角半徑R越大，越有利于金屬的流動(dòng)即更有利于角隙的充滿，但圓角過大，會(huì)影響到直齒圓錐齒輪的功能及應(yīng)用，所以本模腔內(nèi)的角隙取值為2mm，如圖4右所示。圖4221摩擦阻力對(duì)角隙充填的影響摩擦阻力對(duì)金屬充填型腔有重要影響。摩擦阻力越大金屬充填型腔越困難。如果上下端面的接觸摩擦系數(shù)1=0，坯料將整體均勻變形，側(cè)表面在壓縮過程中平行地向外擴(kuò)大，角隙可很順利地充滿，這時(shí)所需的模壓力也最??；如果接觸摩擦系數(shù)2=0.5，充填過程中，坯料的原上下端面金屬不能徑向位移端部直徑的增大（即角隙的減?。┦强繅嚎s變形后使側(cè)表面金屬翻轉(zhuǎn)到接觸面上，在這種情況下，角隙充填較困難；如果接觸摩擦系數(shù)030.5時(shí)，坯料的上下端面金屬與工具表面有一定程度的相對(duì)滑動(dòng)，于是，短部直徑的增大是由原有直徑向外擴(kuò)大與側(cè)表面翻轉(zhuǎn)同時(shí)作用的結(jié)果，故充填情況較1=0.5時(shí)有所改善；凹模壁接觸摩擦系數(shù)2=0時(shí)，上下端兩個(gè)變形區(qū)對(duì)稱，上下端的角隙幾乎同時(shí)充滿；當(dāng)接觸摩擦系數(shù)20時(shí)，凹模壁的摩擦力將抵消一部分變形力的作用，使下端角隙較上端難以充填，尤其當(dāng)鍛件的高徑比大于1時(shí)，上端角隙先充滿然后充滿下端角隙。摩擦系數(shù)2越大，下端角隙充填越困難，充填下端角隙所需的變形力也越大。因此，為了有利于金屬充滿型腔，應(yīng)該提高模壁的光潔度并采用潤(rùn)滑性能良好的潤(rùn)滑劑。222角隙位置對(duì)角隙充填的影響由前所述，在存在摩擦的條件和鍛件高徑比大于1時(shí)，下部角隙較上部角隙難于充填。因此成形時(shí)鍛件上較難充滿的角隙應(yīng)盡可能放在上部，所以該模具的齒型腔放在上模上。此外，模壁斜度、型腔的寬度與深度、模具的溫度對(duì)金屬充滿型腔也有一定的影響。23設(shè)備工作速度與設(shè)備噸位的影響設(shè)備工作速度較高時(shí)，一般地說，金屬變形流動(dòng)的速度也較快，這樣有利于金屬充填型腔，可以得到尺寸精確的直齒圓錐齒輪的鍛件。這是因?yàn)樵诟咚僭O(shè)備上模鍛時(shí)，由于變形金屬具有很高的流動(dòng)速度，所以在停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，變形金屬仍舊可以依靠慣性繼續(xù)充滿型腔。為了使金屬發(fā)生塑性變形，使其克服阻力，從而使金屬充滿型腔，鍛壓設(shè)備必須有足夠的噸位。3、結(jié)束語在直齒圓錐齒輪閉塞鍛造成形工藝中，齒能否充滿型腔直接影響到直齒圓錐齒輪的尺寸精度及產(chǎn)品質(zhì)量，通過分析得到毛坯料的體積及形狀、型腔的齒處的角隙、模壁的光潔度及模壁斜度、設(shè)備的工作速度及設(shè)備噸位等均會(huì)影響到金屬充滿型腔，即會(huì)影響到齒輪的精度及其質(zhì)量。所以在設(shè)計(jì)齒輪閉塞鍛造模具時(shí)，必須考慮到這些問題。閉塞鍛造不僅可以生產(chǎn)直齒圓錐齒輪，還可以生產(chǎn)等速方向節(jié)套筒、三銷軸、汽車輪轂螺母等形狀十分復(fù)雜、產(chǎn)品性能要求較高、高精度高難度的汽車關(guān)鍵零部件。具有節(jié)省材料、降低成本、提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗、節(jié)省設(shè)備投資、而且模具壽命高、成形件形狀復(fù)雜、尺寸精度高、產(chǎn)品性能好等優(yōu)點(diǎn)。齒輪是機(jī)械