齿轮在模锻后如何解决齿不易充满型腔的问题--专题.doc

专题论文齿轮在模锻后,如何解决齿不易充满型腔的问题摘要：由于直齿圆锥齿轮的尺寸精度与质量要求一般都很高，难以采用常规的塑性加工技术成形。冷闭塞锻造技术是近年发展起来的精密成形技术。然而，在采用冷闭塞锻造成形直齿圆锥齿轮时，金属能否充满型腔直接影响到直齿圆锥齿轮的尺寸精度和产品的加工质量。本文分析了成形过程中影响金属充满的一些情况并采取了相应地解决措施。关键字：直齿圆锥齿轮、闭塞锻造、模腔Abstract:Becauseofthestraighttoothbevelgearsizeprecisionandthequalityrequirementallveryaregenerallyhigh,usesconventionalwithdifficultytheplasticprocessingtechnologyforming.Thecoldunenlightenedforgingtechnologyisthepreciseformedtechnologywhichtherecentyearsdeveloped.However,whenusesthecoldunenlightenedforgingformingstraighttoothbevelgear,themetalwhetherfillingcavitydirectlyaffectsthestraighttoothbevelgearsizeprecisionandtheproductprocessingquality.Thisarticleanalyzedintheformingprocesstoaffectsomesituationswhichthemetalfilledandtoadoptcorrespondinglyhassolvedthemeasure.Keywords:Straighttoothbevelgear,Unenlightenedforging,Cavity.随着机械工业的迅猛发展及外向型经济的日益扩大，对模锻行业的装备及工艺技术提出了更高的要求。采用新型模锻工艺闭塞锻造工艺，金属坯料在模膛中成形。闭塞锻造工艺又称复动式凸模在一个方向或多个方向施加不同的压力，使毛坯产生多向流动，从而可在一道变形工序中获得较大的变形量和复杂的型面，可以锻造出几何形状更复杂、尺寸精度高、表面质量好的锻件。冷闭塞锻造成形过程（见图-1）如下：先将上下成型模具闭合并施加一定的工作载荷1P压紧，毛坯在封闭的模腔内产生一定的变形，再由复动式凸模施加压力2P，3P，使毛坯产生多向流动，从而在一道变形工序中齿轮零件冷精密塑性成形。图1与开式模锻相比，闭塞模锻可以显著提高金属材料的利用率和锻件精度。而冷闭塞锻造技术是国际上近年发展起来的先进制造技术。闭塞锻造作为精密复杂零件生产的重要途径，以其精密、优质、高效、低消耗、低成本、大批量等生产特点而为汽车工业所瞩目。直齿圆锥齿轮是应用极为广泛的重要传动零件。因其形状复杂，材质、尺寸精度、表面质量及综合机械性能均要求很高，很难以常规的塑性加工技术生产，通常采用模锻制坯即采用闭塞锻造制坯然后再切削加工的制造方法。在此过程中，金属能否充满型腔直接影响到直齿圆锥齿轮的尺寸精度和加工质量，甚至导致劣质产品的产生或产品的报废。因此，分析加工过程中影响金属充满型腔的因素并寻求优化方法十分必要。1、产品图分析如图-2所示为直齿圆锥齿轮。模数m=5.4，齿数z=10，法向齿形角n=2230，大端分度圆直径de=54，大端锥距Re=50.95，分锥角=32，根锥角f=2724其主要齿形精度为GB1136589，齿圈跳动公差Fr=0.04，齿距极限偏差fpt=0.018，材料为20钢。毛坯直径d=38.5mm.成形该直齿圆锥齿轮的变形量在80%以上，冷成形难度大，精度、表面粗糙度要求高，一般的成形工艺不易保证，尤其齿形的充填情况不容乐观，极有可能齿顶充填不满，有弧形内凹陷，或小端充填不饱满，有塌陷，齿面，齿根有折叠等缺陷。这就要求以齿形充填饱满、改善变形条件（降低金属沿齿顶、齿向的流动阻力）为目的来设计模具结构和制定工艺方案。图22、模锻时型腔充填问题分析闭塞锻造时，引起金属充不满的原因可能是：在模膛深而窄的部分和端部圆角处由于阻力大不易充满；在模膛的某些部分（如齿的倒角处），由于金属很难流到而不易充满；制坯时某些部分坯料体积不足，或操作时由于放偏，某部分金属量不足引起充不满等。21毛坯对型腔充填的影响及坯料的设计图3坯料形状、尺寸的确定应满足锻件图对坯料体积、质量的要求，遵循体积不变的原则进行设计。闭式锻造工艺对坯料的体积和重量要求较精确，大了，小了都不行，大了模具易破损，小了不能充满，即不能满足成型，所以必须进行精确的计算。体积确定后还必须根据成形工艺的要求确定合理的高、径尺寸，及必要的工艺倒角、圆角、减荷穴等。在体积相等的条件下，坯料的高、径比不同对金属充填齿形的影响很大。另外对坯料的表面粗糙度要求较高，并在两端车有工艺倒角，中心开有减荷穴等，如图3。另外，直齿圆锥齿轮主要用镦挤成形。如果直接用圆柱形毛坯镦挤，齿形难于充满，要使锥齿轮成形良好，首先要对毛坯端都进行预成形，使其锥角近似于齿形锥角，然后再镦挤成形。22型腔结构对型腔充填的影响及其设计在采用闭塞锻造制造直齿圆锥齿轮时，型腔的结构对金属能否充满型腔有很大的影响，而其中齿轮的端角角隙又起关键作用，是最难充满的地方。由于直齿圆锥齿轮的齿的倒角用圆角替代对齿轮的功能等都没有多大影响，挤压过程中，当型腔采用直倒角时，金属质点的流动要拐过一个很大的角度再流入角隙（如图-4左），并且此时需要的压力也大，相应的对模具损坏也就增大；而用圆角代替齿的直倒角更有利于金属的流动及角隙的充满，而且圆角半径R越大，越有利于金属的流动即更有利于角隙的充满，但圆角过大，会影响到直齿圆锥齿轮的功能及应用，所以本模腔内的角隙取值为2mm，如图4右所示。图4221摩擦阻力对角隙充填的影响摩擦阻力对金属充填型腔有重要影响。摩擦阻力越大金属充填型腔越困难。如果上下端面的接触摩擦系数1=0，坯料将整体均匀变形，侧表面在压缩过程中平行地向外扩大，角隙可很顺利地充满，这时所需的模压力也最小；如果接触摩擦系数2=0.5，充填过程中，坯料的原上下端面金属不能径向位移端部直径的增大（即角隙的减小）是靠压缩变形后使侧表面金属翻转到接触面上，在这种情况下，角隙充填较困难；如果接触摩擦系数030.5时，坯料的上下端面金属与工具表面有一定程度的相对滑动，于是，短部直径的增大是由原有直径向外扩大与侧表面翻转同时作用的结果，故充填情况较1=0.5时有所改善；凹模壁接触摩擦系数2=0时，上下端两个变形区对称，上下端的角隙几乎同时充满；当接触摩擦系数20时，凹模壁的摩擦力将抵消一部分变形力的作用，使下端角隙较上端难以充填，尤其当锻件的高径比大于1时，上端角隙先充满然后充满下端角隙。摩擦系数2越大，下端角隙充填越困难，充填下端角隙所需的变形力也越大。因此，为了有利于金属充满型腔，应该提高模壁的光洁度并采用润滑性能良好的润滑剂。222角隙位置对角隙充填的影响由前所述，在存在摩擦的条件和锻件高径比大于1时，下部角隙较上部角隙难于充填。因此成形时锻件上较难充满的角隙应尽可能放在上部，所以该模具的齿型腔放在上模上。此外，模壁斜度、型腔的宽度与深度、模具的温度对金属充满型腔也有一定的影响。23设备工作速度与设备吨位的影响设备工作速度较高时，一般地说，金属变形流动的速度也较快，这样有利于金属充填型腔，可以得到尺寸精确的直齿圆锥齿轮的锻件。这是因为在高速设备上模锻时，由于变形金属具有很高的流动速度，所以在停止运动时，变形金属仍旧可以依靠惯性继续充满型腔。为了使金属发生塑性变形，使其克服阻力，从而使金属充满型腔，锻压设备必须有足够的吨位。3、结束语在直齿圆锥齿轮闭塞锻造成形工艺中，齿能否充满型腔直接影响到直齿圆锥齿轮的尺寸精度及产品质量，通过分析得到毛坯料的体积及形状、型腔的齿处的角隙、模壁的光洁度及模壁斜度、设备的工作速度及设备吨位等均会影响到金属充满型腔，即会影响到齿轮的精度及其质量。所以在设计齿轮闭塞锻造模具时，必须考虑到这些问题。闭塞锻造不仅可以生产直齿圆锥齿轮，还可以生产等速方向节套筒、三销轴、汽车轮毂螺母等形状十分复杂、产品性能要求较高、高精度高难度的汽车关键零部件。具有节省材料、降低成本、提高生产效率、降低能源消耗、节省设备投资、而且模具寿命高、成形件形状复杂、尺寸精度高、产品性能好等优点。齿轮是机械