净成形齿轮外文翻译

1、爱思唯尔材料与设计 材料与设计21 _2000. 271278净成形齿轮 t.a.dean研究关于高性能材料的应用和材料生产制造方向，来自于英国伯明翰大学。b15 2tt，uk摘要：近年来，成形技术在齿轮的生产和加工中得到了广泛的应用，发展迅速。在制造行业领域，形技术的运用有着极其重要的价值，这种技术的应用为生产高质量的齿轮奠定了基础。对于一些对齿轮有着高要求的应用来说，成型技术显得特别的必要。比如：自动变速器，其中的齿轮便使用成形技术，这样避免了更多的机械加工。拿自动变速器来说，对其齿轮的尺寸要求是很高的，一般的机械加工并不能满足它的精度要求。本文叙述了关于生产应用于交通运输方面的、高质量的

2、正时螺旋齿轮的研究背景，文章来源爱思唯尔科技出版社，版权所有。、简介在冷材料加工和高生产率方面，成形齿轮比传统的机械加工齿轮有着明显的应用优势。在大批量生产方面，成型技术有着很大的使用潜能。尽管在正时螺旋齿轮的加工方面，成形技术的优越性还没有被证实，一直得等到其取得一定的成果。经研究表明，成形齿轮和普通的洗切加工出来的齿轮相比，有着更好的动态特性，能承载更高的功率。其中，冷成形应用于生产高精度齿轮有着更大的吸引力，使得斜齿轮的冷压锻成形加工变得有可能。压锻成形加工斜齿轮始于世纪年代的德国。之前，德国缺少齿轮加工设备，这使得其发展了热压锻技术来加工成形齿轮。这项技术的主要特点是高程度的控制过程，

3、包括使用相当新的电火花加工制造工序来加工模具。依靠卓越的几何学，可以使用冷加工技术加工出正时螺旋齿轮。在几何形状类型中，应用于动力传动齿轮箱的齿轮形状，最可行的制造方法是建立完全封闭的模腔，采用挤压法。由于全封闭的模腔高的直径厚度比，这使得该模具能够承受很高的压力。工件必须经过热处理，从而确保使用净形状法生产齿轮的齿的高质量。当前的许多项目是花费在联合发展冷、热成形的过程中，这使得在不牺牲高产量和生产力的前提下，依然可以确保成形斜齿轮保持在iso 5级以上的精度。2、锥齿轮图1、早期锥齿轮锻造技术冲压齿轮成形支座内模/排出排出图2、锥齿轮锻模如图1所示的锥齿轮锻造工艺的操作顺序，最初用于商业生

4、产。在其中的六个锻造阶段中，只有两个阶段是锻造阶段。钢坯转变为轧条，以消除任何可能存在的。在当下，这些高品质的轧条可以排除那些有缺陷的材料。如图2所示，组成锻模的两部分和支座，是锻造不可缺少的部分。这些缺陷通常是通过机械加工除去的，尽管它给以提供了一种硬化的功能，设计人员能够利用它产生更高性能的产品。带有毛边的齿轮一般只有在一个完全封闭的型腔中通过常冷锻才能达到最终的准确精度。拥有垂直和旋转顶端工具的轨道冷锻也可以用来生产锥齿轮。通过这个过程增加接触面积的小型工件，能够使得小功率的机械可以用于加工特殊尺寸的齿轮，传统方法是没法做到的。3、齿轮毛坯直齿锥齿轮和斜齿轮的齿尖都平行于它们的轴线。当齿

5、轮的齿宽齿轮直径的比率很大时，通常可以通过挤压形成齿轮的齿，例如，在多年以前，起动电机的小齿轮和花键轴的加工就已经使用冷挤压加工法。如图3所示，如果齿轮的齿是在整个宽度上延伸，则可以使用连续挤压法，使得挤压组件被完全通过模具下面的钢坯挤出。通过模具单方向的运动可以提高齿轮的生产效率。图4这个例子表明：以这种方式加工出的齿轮，其端部失真而导致了非均匀金属流动。图3、冷冲压加工的花键轴和齿轮图4、通过挤压成形法加工的齿轮，端部已明显失真用于动力传动的齿轮箱齿轮与它们的直径相比，通常显得很薄，那些齿轮通常还具备其他一些特征。比如含有凹槽、齿轮表面有同步锥，这使得它们不适合用挤压法生产，这种方式的制造

6、方法最常用于在完全封闭的模具里锻造加热的工件。目前，渐开线齿轮的锻造生产在同类型的齿轮的加工过程中，并不是商业上认可的，因为其齿形尺寸不能通过锻造来完成。与传统的工艺路线相比，随后出现的与完成作业所需的处理和位置有关的问题使得整体过程的生产成本花费很大。或许正是由于这样的原因，附近加工用于汽车制造的净形齿轮的行业，仅加工包含完整尺寸的成形的犬齿形的齿轮，然而轮齿上的未加工面通常使用传统的方法加工成完。照片图5所示，即为带有犬齿形状的热锻造齿轮毛坯。直齿圆柱齿轮的本质特点是容易使用冷锻造方法加工出完整的尺寸。图6展示了运用传统的热锻造加工出的齿轮毛坯。这些齿轮毛坯差的光洁度是显而易见的，并且缺乏

7、尺寸精度，应此能够容易地鉴别出来。与此相反，图5所示的齿轮与其相比，有着良好的表面光洁度和精确的尺寸，因此，可以通过机械加工来自动处理。图5、当前商业技术热锻压成形的犬齿形齿轮坯图6传统的热锻造加工出的齿轮毛坯图7、典型的锻造齿轮坯生产线生产的布局钢材库一个典型的锻造齿轮坯生产线生产的布局如图 7 -【2】所示，锻造原料通常是剥离钢筋，以确保齿轮坯的尺寸精度和表面无缺陷。这是根据其长度和重量决定的。通常情况下，用于锻造齿轮坯的0.5的完全标称重量材料应该在封闭腔模具里锻造。钢坯可以通过重量来分级，较重的放到后面的过程使用，作为刀具磨损结果的补偿。在生产效率高的情况下，坯料生产线应该有顺序地、自

8、动地进行加热，润滑，锻造。加热是通过电磁实现的，在其中的两个阶段中。快速加热器则用来采取钢坯在1208到1508之间的一个温度值。然后在钢坯外表面喷洒或浸渍润滑剂，这些润滑剂是以石墨作为载波而最后被蒸发掉的。涂好了润滑剂的钢坯接下来被输送到它们需要的主加热器中，加热至锻造温度。接下来至少有三个锻造操作将被使用。第一个步骤是将材料切割成合适尺寸的方料，第二个步骤是钻孔，第三个步骤是生产出成形品，最后工件被自动送入模具挤压成形。锻造后，齿轮的部分将在受控条件下先于犬形齿冷却。在生产过程中的各个阶段，相关的变量都必须严格控制，例如：钢坯的温度控制在158，模具的温度控制在108内，为确保锻造件所要求

9、的精度，在锻造件表面均匀一致的润滑涂层是很有必要的。4、直齿轮和斜齿轮尽管上文论述了齿轮工作运转可以达到很高的准确性，然而iso 5表明，其还不能在商业基础上成形，充满活力的rd正在努力实现这一目标。如图8所示，为最先进的用于日本汽车工业精密齿轮锻造发展战略图，图中展示了齿轮中的锥齿和犬齿是可以通过目前的大规模生产成形技术实现的，四轮驱动车辆的内花键齿轮、手动变速器的齿轮和自动变速器的齿轮的生产技术仍处于发展阶段。图9所示，为一个有用的用于生产螺旋齿轮的模具设计示意简图。由于冲压和反击的作用，空心工件在完全封闭的模具空腔里成形，它被限制在其心轴连接孔的冲头与底座上，然后在冲压容器作用下，其圆周

10、表面就能够形成齿形。由于该容器是完全封闭的，不会有毛边形成，但由于工件必须被加热，才能使它们能够流入模腔的凹部，因此，齿形不能形成净形状。图片10是一个生产汽车齿轮的类似结构的模具，它是将金属液分开植入模具的不同型腔以形成齿轮齿和同步锥，与如图11所示的简单螺旋齿轮的加工相比，利用这种模具生产齿轮使充模更加容易。正在发展的技术广泛应用的技术齿轮表面偏差（等级）图8、世界最先进的齿轮锻造技术锻造难易度难易冲压工件轴线反冲/退出装置齿轮内形成规模弹簧导向槽图9、用于齿轮锻造的完全封闭的空腔模具图11、在完全封闭的模具空腔内锻造简单螺旋齿轮5、准确性锻造齿轮齿的准确性主要是由模具决定的，模具的设计尺

11、寸基本上由图12所示半圆形中的三个因素决定的。它们分别是：锻造压力产生的弹性扩充力ue、热扩散和ut。锻件是在升高的温度下进行的，因此它从热锻造的模具中取出达到室温后便会收缩。如图12，尺寸g表示，如果模腔是由edm加工成的，则必须使用电火花处理。尺寸ro是通过上述三个因素的综合而确定的。这些不同的尺寸生产出的模具的相对效果从图13可以获得，图13表明的是一个标称直径63.5毫米的圆筒形锻造模。随着下模壁压力的上升，模具弹性扩张随着锻造温度的变化曲线。锻造温度越高，模具的热膨胀越大。影响锻件尺寸的最大因素是其热收缩性。从图13中可以得出结论：在锻造过程中，只有锻造温度和压力值一致或者工件不预热

12、时。才可以实现锻件的高精度。图12、影响锻造精确度的因素锻造齿轮尺寸的变化锻造齿轮腔内的温度对终锻尺寸理论的影响图13、模具精度与相对影响因素之间的关系为了提高高温锻造的直齿轮和斜齿轮的精度，人们已经提出带冷却液进行锻造的方案，并正在实践调查中。在笔者的大学的一项调查表明，引缩加工方式在提高车用齿轮的准确性度方面有着很大的潜力，虽然这并没有尚未实现。图14是一个示意性的引缩加工过程。由收缩环来加工齿轮的形孔是引缩加工模具的本质。锻造齿轮尺寸是很大的，需要用磷酸盐、硬脂酸的混合物来清洗和润滑其表面。引缩加工基本上是通过模具的挤压而形成大尺寸的齿轮，只有外层的薄齿形是冲压成形的。引缩加工模加工齿形

13、计算是通过计算机来其模拟过程的。在一项实验中，笔者可以将轮齿表面尺寸精度做到0.5毫米rms。这些齿轮齿的精度在0.1毫米左右，感应淬火至hv570，芯部硬度为hv290。表1中的结果显示：在引缩加工锻造齿轮中，齿轮轴线存在的误差大大减小。齿的表面光洁度大约可以精确到1毫米rms。在一般情况下，在agma规模内，齿轮的质量可以提高了大约2个精度等级。冲压收缩环内膜齿轮图14、齿轮引缩加工过程示意图表1待添加的隐藏文字内容2通过引缩加工的齿轮形状精度表2齿轮的抗冲击强度6、质量作者已经开展了有关锻造钢齿轮方面的冶金和机械实验。这可以通过选择不同的工艺条件来获得微观结构方面的效果，可以概括如下所示

14、：1、 金属粒子流随齿廓而定，由于在齿轮齿这个区域较大的变形，所以靠近齿轮齿表面的晶粒尺寸往往更小。2、 在正常大气压下的热量，往往会在齿尖引起更大的脱碳现象。3、 齿轮中含有适量的合金，可以在锻造温度下引起齿轮淬火硬化，小齿轮很容易达到硬化效果。4、 预渗碳钢坯可以是锻造，但其加热必须在一个非氧化性的气氛中进行，以防碳的损失。锻造过程中的齿尖，在加热和变稠中，其高碳层趋于向内扩散。锻造的成形齿轮其动态强度大于通过常规方法制成的齿轮，表2说明了硬化到hv300的bs817m40钢齿轮的冲击强度的相关情况。很显然，锻造齿轮齿的抗冲击强度比将齿轮坯或钢坯用机械加工出的齿轮齿高出约30。对bs817m40齿轮进行抗疲劳强度试验的结果如图15和16所示，前一个图中显示的是齿轮硬化至hv250的结果，后一个图显示的是齿轮感应淬硬至hv570、5毫米以下的表面带芯至硬度hv290的结果。很显然，锻造齿轮的抗疲劳极限强度明显高于切齿轮。由于这样的事实，在热处理后的锻造齿轮，其齿根和基圆齿面较研磨后的切割齿轮更粗糙。为了达到等效，一些锻造齿轮的表面是通过工打磨的。这些被简称为“锻造和成品”，图15显示的结果为它们的抗疲劳强度最高的。利用感应淬火的锻造齿轮的疲劳强