分流法在齿轮精密锻造中的应用

文章编号16720121201504004803分流法在齿轮精密锻造中的应用张琳西安航空职业技术学院，陕西西安710089摘要阐述了分流锻造法的分流原理，对常见分流法的原理及在齿轮精密锻造中的应用进行了综述，肯定了分流法在改善材料充填性、降低成形载荷、提高齿轮成形质量方面的优势。关键词锻造成形；齿轮；分流法；成形载荷；充填中图分类号TG376文献标识码AIOI1016316JISSN16720121201504018随着制造业的发展，齿轮精锻技术LL_3备受关注。而在齿轮精锻成形中，成形载荷过大和齿形充填不理想成为主要问题。闭式模锻时，在模具或坯料上设置分流腔或分流通道，既可降低对下料精度的苛刻要求，又可改善材料的充填性能，降低模膛内部压力，提高模具寿命，这种锻造方法即为分流法。日本的KONDO等将分流法应用于齿轮精密锻造，通过在非齿形轮廓的位置设置溢流口，使材料在充型的过程中始终有自由流动的空间，从而有利于材料填充型腔，并降低变形阻力和成形载荷，提高齿轮成形质量嘲1分流原理及依据模锻时的理想变形抗力可用下式表示矧N式中，一锻件材料的名义流动应力；一相对面积缩减率。的大小取决于原始毛坯表面积A和未充填部分的自由表面积FO即生随着锻造过程的进行，自由表面积，不断减少。由上式可知，R就会不断增大。闭式模锻终了时自由表面积趋近于零，刀趋近于1，此时变形抗力无限大，金属不可能完全充满型腔，而且变形抗力过大会2常见的分流法分流法常见的形式有孔式分流腔、孔分流法、轴分流法及约束分流法。21孔式分流腔孔式分流腔适用于带有中心孔的圆盘类锻4，其结构简单，与带仓连皮的内飞边槽相似，位置通常设在终锻模具冲孔凸台的中心位置，如图1所示。当锻件的孔径小于50MM时，分流孔设在下模；当锻件的孔径大于50MM时，分流孔分设在上模和下模。重庆大学的张辉8为了消除档位齿轮图1孔式分流腔坯精锻时的折叠和充不满缺陷，在成形方案中对齿轮筋部的型腔底部设置了分流凹槽。数值模拟结果和生产试制结果表明锻件位置精度显著提高，成形载荷也明显降低。冯文杰等对三轮摩托车倒档机构中弧齿锥齿轮的传统开式模锻与分流开式模锻工艺进行了数值模拟，通过模拟结果分析比较了分流孔直径对成形力大小及坯料最优体积的影响。汪金保等基于分流减压和多工步成形原理，对大模数大直径带毂直齿轮的冷精密成形进行了数值模拟。结果表明轮毂中分流腔能使成形载荷大幅度减小，齿形填充饱满。22孔分流法和轴分流法孔分流法即在坯料上留有一定直径的中心孑L，当凸模给毛坯施加压力时，材料在向外流动充填齿腔的同时，向内孔部位也有流动，使内孔逐渐闭合，其原理如图2A所示。轴分流法即在模具凸模或凹模端面中心部位设有预留孔，使材料在向外充填齿腔的同时，也向模具的预留孔流动，其原理如图2B所利用中心分流法可以在较小的成形载荷下获得齿形充填较好的弧齿锥齿轮。张琳捌利用DEFORM一3D软件，分别对直齿圆锥齿轮的中心分流精锻成形和传统开式精锻成形进行了数值模拟分析，并对直齿圆锥齿轮中心分流锻造的预锻齿形进行了设计【21。结果表明，采用中心分流精锻成形工艺，有利于直齿圆锥齿轮齿形的充满，能有效地降低成形载荷和齿宽方向的应变应力、温度差值；中心分流法锻造直齿圆锥齿轮时采用形状简单的非全高梯形预锻齿形，可以保证终锻件的完整成形。豳图4中心分流齿轮成形原理A实心坯料中心分流B空心坯料中心分流25其他分流工艺分流法降低成形载荷和改善金属充填性的优势非常明显。在齿轮锻造成形中，学者们对分流锻造法不断进行尝试和改进。考虑到弧齿锥齿轮冷锻时齿形大端处为金属难充满的部位，陈淑婉等在传统闭塞式模锻的基础上，提出将分流腔设置在模具齿形大端处的齿腔大端分流法，并对弧齿锥齿轮齿腔大端分流法冷锻成形进行了数值模拟。结果表明齿腔大端分流工艺比传统冷闭塞模锻成形载荷下降了111，该工艺不仅能保证锻件齿形完整，而且能有效避免成形后期载荷急剧增大。针对直齿圆柱齿轮冷精锻时齿顶棱线很难充满的缺陷，王岗超等L玎1提出了一次锻造成形的齿顶分流法，即在凹模标准齿腔的顶端设置矩形分流腔。此方法成形过程中，材料始终有自由流动的余地，当上下角隅处材料超过标准齿腔时，停止加载。锻件成形后，只需对齿顶部位进行少量的外圆车削或磨削，而齿廓部位不切削。研究结果表明，齿顶分流法不但解决了齿顶棱线很难充满的缺陷，而且成形载荷相比传统闭式冷精锻降低了50。针对螺旋锥齿轮齿端角隅部位填充不满和成形过大的问题，高振山等在优化预成形件面锥的基础上，提出了在轮齿小端设计分流腔的分。模拟和实验结果表明采用分流腔工艺比未采流腔工艺的成形载荷大幅度减小，且有效改善轮小端角隅材料充填不理想的现象。郑晓凯等以汽车结合齿为研究对象，在传统加工方法的基础上，根据分流锻造原理提出了在凹模底部设置环形通孔分流腔，并进行了数值模拟。结果表明成形载荷明显减少，锻件成形良好且无折叠。3结束语综上所述，将分流锻造法应用于齿轮精锻成形中，在改善材料的充填性，降低成形载荷，提高齿轮成形质量方面具有明显的作用。该方法的不断发展和成熟将对齿轮锻件甚至其他类型锻件的生产产生深远的影响。【参考文献】1晏爽，李普，潘秀秀，等精密锻造成形技术的应用及其发展J热加工工艺，2013，42159一L22蒋鹏，徐祥龙齿类零件精密锻造技术【金属加工热加工，201319L6203侯天鹏，池成忠，聂慧慧基于凹模强度的圆柱直齿轮温精锻工艺分析J1锻压装备与制造技术，2012，25760414LANGEKSOMEASPECTSOFTHEDEVELOPMENTOFCOLDFORGINGTOHIGHTECHPRECISIONTECHNOLOGYJJOURNALOFMATERIALPROCESSINGTECHNOLOGY，1992，35245257【5YKLEE，SRLEE，CHLEE，DYYANGPROCESSMODIFICATIONOFBEYELGEARFORGINGUSINGTHREEDIMENSINALFINITEELEMENTANALYSISJ1JOURNALOFMATERIALPROCESSINGTECHNOLOGY，2001，113596361KKONDO，KOHGAPRECISIONCOLDDIEFORGINGOFARINGGEARBYDIVIDEDFLOWMETHODJ1_INTERNATIONALJOURNALOFMACHINETOOLSANDMANUFACTURE，1995，35811051113I71夏巨谌塑性成形工艺及设备【M】北京机械工业出版社，20018张辉档位齿轮坯精锻成形的数值模拟研究及工艺优化D】顾士学位论文，重庆大学，20139冯文杰，陈莹莹，杨涛弧齿锥齿开式模锻的分流挤压研究J锻压技术，2010，356899110汪金保，刘华，孙红星，等大直径带毂直齿轮冷精密成形数值模拟及工艺分析【J精密成形工程，2014，6104110【L1程羽，杨程，臧顺来，等齿轮精密成形技术的研究叫塑性工程学报，2004，116626412蒋文斌，龚冬梅工艺参数对径向分流冷锻成形圆柱直齿轮的影响IJ1热加工工艺，2010，391511411513JONGUNGCHOI，HAEYONGCHO，JAECHAU