浅谈汽车后桥差速器齿轮制造精度的提高

文章编号167201212012OL一006204浅谈汽车后桥差速器齿轮制造精度的提高峰辽宁省兴城市粉末冶金有限公司，辽宁兴城125100_J同摘要在介绍现代加工技术的基础上，叙述了汽车后桥差动齿轮的锻造工艺和精度控制，以及模具设计加工。关键词机械制造；精锻；齿轮；精度控制；模具中图分类号TG316文献标识码B1前言齿轮在机械设备中应用广泛，加工技术繁多。使用切削加工方法生产齿轮存在着由于金属纤维被切断而使轮齿强度降低，材料利用率低等问题。采用精收稿日期20111019作者简介高峰1980一，男，工程师，从事精锻齿轮的工艺设计研究工作工艺不同，生产组织方式不同，模具费也不同；热处理费约占9；其他费用约占16左右。如果按目前汽车产量计算，转向节锻件供不应求，国内市场形势很好，但从经济数据和生产组织上分析，转向节锻造是一个大投入、大产出才有效益的产品。同时要说明，转向节成品的经济效益总体来讲有三块一块是锻造中的经济效益，这一块主要是由设备利用、能源、工人锻造产生的经济效益，在我国人力资源较丰富情况下，此部分经济效益相比不算大。第二块是模具制造中的经济效益，由于转向节在锻造过程中，模具耗量较大，模具材料较贵，制造技术较高，因此，模具制造、维修和使用中保养的经济密锻造工艺生产齿轮，由于齿廓组织致密，且金属纤维组织沿齿形分布，轮齿的弯曲疲劳强度、接触疲劳强度和耐冲击性明显高于切削件，大大提高了齿轮的力学性能和使用寿命。此外，使用精锻工艺生产齿轮还具有材料利用率高、生产效率高等优势。因此，精锻齿轮已成为世界制造业公认的先进工艺，研究开发齿轮精锻新技术已成为业界的共同热点课题。精锻齿轮不需要进行机加工便可直接装配使一一一一一一一一效益较大，这一块不可忽视。第三块是机加工中产生的经济效益。转向节机加工工序比较复杂，因此，利润也较显著。【参考文献】1李尊荣，付翔现代化锻造生产线的设计锻压技术，1996，32于沪生，等汽车转向节锻件的缺陷及其消除方法锻压技术，1996，23付翔闭式预锻，开式终锻锻造工艺锻压机械，1999，34634354】付翔瑞典依玛特锻造厂锻压机械，2000，3565付翔面对加入WTO，谈锻造厂的工厂改造锻造工业，2001，6FORGINGPROCESSOFTRUCKKNUCKLE用，故要求锻造后的轮齿具有较高的形状尺寸精度，这一精度主要由齿模型腔决定。考虑到热因素、弹性因素以及高温二次氧化的影响，齿模型腔齿形与锻件齿形并不完全一致。为保证型腔精度，采用加工中心加工齿模型腔为宜。2现代加工技术21三维建模技术CAD作为模具研发、设计的32具正由传统的2D向3D方向发展，即三维建模技术。它不仅限于32程图的绘制，随着目前三维工程软件的日趋成熟完善，它为我们提供了清晰、逼真的立体图形，有利于帮助人们进行结构优化和设计方案的决策。212程图模块可以很轻松、快速的基于优化好的三维图生成工程图；装配、运动仿真模块进一步全面检验所设计的产品是否符合要求。因此，使用三维设计技术更能快速反映实际产品的设计、制造过程，对设计中可能出现的问题作出预测和改进。从而提高了企业的研发能力，提升了产品市场竞争能力。22有限元数值模拟技术有限元法对金属塑性成形问题的分析具有以下优点适合于各类金属塑性成形过程的分析，不受具体成形问题的限制；能提供丰富的单元类型，从而具备很高的边界拟和精度，同时也使复杂成形过程的分析成为可能；能够较全面的考虑多种因素对成形过程的影响，如温度、摩擦润滑条件、材料特性、变形速度以及模具的几何形状等；能够在假设条件少的前提下提供相近的变形力学信息，如应力、应变和温度场的分布，金属塑性流动规律，成形载荷等力能参数，这些信息可对工艺过程进行优化和控制。齿轮几何形状复杂、产品的尺寸精度、表面质量、组织性能、力学性能要求严格。其成形难度大、充填过程复杂、材料流动性差、影响因素多、成形载荷大、产品质量与模具寿命不易保证，严重影响其实用化进程。使用试验的方法对齿轮精锻过程进行分析，由于模具材料、精密加工及设备能力要求等原因费用昂贵、工作量浩大，并且物理模拟与试验分析都有局限性。使用传统的力学分析方法对这类复杂的成形过程难以奏效，可见对齿轮精锻成形过程进行数值模拟分析是十分必要的。通过在计算机上模拟冷、热、温锻的成形过程，不仅缩短了模具和新产品开发的周期，降低了生产成本和现场工艺试验的成本，而且提高了企业的市场竞争能力，推动了模具制造业的发展。23高速切削技术HSM是先进制造技术的发展趋势之一，不仅具有切削高效率而且具备加工高精度。此外，在淬硬钢的加212方面也已非常成熟。它的实现手段是由电主轴提供的高转速，可达到几万转甚至几十万转，直线导轨和高精度滚珠丝杠所构成的传动系统，以及刀具的快速发展如陶瓷刀具、涂层刀具等，HSK刀柄特有结构设计确保了高速状态下刀具的安全和加工精度。快切削、轻切削的加工方式可得到近似磨削的表面质量，避免了抛光工序带来的诸如精度损失、效率低等一系列不足。切削力的减小、切削热的降低极大的降低了切削变形。干切削、准干切削的冷却润滑方式实现了降低成本、节约资源、环保。随着机床冷却系统、计算机系统的发展和进步，使高速切削设备的稳定性和精度得以保证。有人提出模具制造的发展进步是效益放大器，因而制模技术在一个企业中至关重要，已经被誉为第三代制模技术的高速加工技术备受关注。3模具加工应用31力学模型齿轮精锻过程中，材料的弹性变形部分远远小于其塑性变形部分，因此，忽略变形体的弹性变形，将工件视为刚塑性体，模具视为刚性体，采用刚粘塑性有限元法对锥齿轮的锻造过程进行三维有限元模拟。考虑到齿轮零件的近似对称性，取工件的14作为有限元模拟的研究对象。精锻锥齿轮的模具型腔都是曲面造型，形状比较复杂，为快速准确获得高质量的曲面形状，选用专门的CAD三维造型软件UG来完成模具和坯料的几何模型设计。由于直齿锥齿轮的理论齿廓曲线为球面渐开线，不能展开成平面，给锥齿轮的三维造型带来极大困难。从背锥理论出发，结合UG造型命令，利用渐开线方程最大限度地实现了齿轮的真实三维造型。现以汽车差速器齿轮开发过程为例，传统的开发方式，要经过繁琐的计算环节才能形成锻坯。而其中有许多不可控的因素，产品的设计很难达到理想图1差速器齿轮几何造型后，需要使用水剂石墨对型腔进行冷却和润滑，模具反复承受冷、热交变载荷的作用，工作条件相当恶劣。为提高模具寿命和锥齿轮精锻后精度，从锻造工艺设计和数值模拟的基础上改善模具结构着手，对行星齿轮和半轴齿轮的“一火两锻”模具结构进行了设计。因此，精锻锥齿轮时，齿模最早失效，寿命最短，是控制锥齿轮精度的关键零件。41模锻工艺流程下料双金属带锯床型号G4025一去氧化皮磨料料，无心磨床型号M1080B一加热中频加热炉型号KGPS一500KW，11001150一模锻粗锻一热切边一精整一热冲孔冲孑L模及1600KN压力机一热处理余热等温正火HRC3236一表面清理抛丸一质检。42中频加热特点中频炉因其诸多优点，已被广泛应用于各类金属材料的加工领域。由于能精确地控制加热温度，不但可提高锻件质量，还可以保证锻后热处理效果。其具体优点加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少、节省材料与成本、延长模具寿命；工作环境优越、改善工人劳动强度和公司形象、无污染、低耗能；加热均匀，芯表温差极小，温控精度高。43锻造加工控制使用中技术检查，模具在使用前需检查其制造质量；模具的安装，必须装正装紧，并注意符合其他所有要求；模具的预热，为保证模具正常使用，延长模具寿命，锻打前模具必须预热，模具预热有助于坯料保温；终锻温度，坯料的终锻温度不得低于锻造工艺的要求；模具的冷却，在锻打过程中，模具升温快，为防止模具过热退火，模具温度不允许超过500C，为此，在锻打过程中必须进行冷却，冷却方法可采用外冷却法；润滑，及时润滑锻模减少摩擦力，有些润滑剂也兼起冷却锻模的作用；清除氧化皮，氧化皮对锻件质量和模具寿命影响很大，要及时清除氧化皮；锻打速度，锻件加工中注意工件的打击速度46件MIN，行星齿轮模具1500件失效，半轴齿轮模具2000件失效；切边与冲孔，模锻件一般都带有飞边及连皮，须在压力机上进行切除。5机械加工控制利用周转工具周转，避免产品产生磕碰伤；夹具安装形位公差控制，保证加工后的表面相对于齿的跳动在005RAM；减少加工工序，一次装夹加工多个表面，避免多次装夹带来的累积误差；对精加工工序及安装距的控制进行100啮合检查；热处理采用美国淬火油，提高淬火性能减小变形量，并采用淬火专用夹具；产品最终检验组织检验、精度检验。6结束语综上所述，在锻造领域中，使用三维造型技术、有限元数值模拟技术将使设计、开发过程更加连贯、顺畅。利用高速切削加工中心加工模具在提高精锻产品精度上尤为重要，通过在后序机加工过程中的控制，可使产品精度达到平均8级。【参考文献】1史久波加工中心在高速精密冲压模具中的应用现代制造金属加工，2011，191142韩冬生高速加工技术在锻造行业的应用第十一届中国国际锻造会议论文集1133日产汽车公司CAE技术优化锻造生产锻造与冲压54594】莫贵疆，汤虎，邓方生，李富勇齿轮毛坯等温正火冷却均匀的控制金属加工热加工，201L，1721225章磊，章琦使用FMEA的软件可靠性分析机械，2011，2465O6鄂大辛成形工艺与模具设计北京理工大学出版社，2007087周小玉实用模具技术手册北京机械工业出版社，200508F8中国锻压协会编译日本锻造技术资料汇编F9李永志