蔡利车路长
（中国兵器工业第５９研究所４０００３９）
摘要文中介绍了在通用设备上，成功地实现了微车差速器伞齿轮的闭式冷态精密锻造成形，并对其成形规律作了较为系统的分析。该工艺保证了轿车、微车等差速器齿轮所要求的精度、表面质量等各项指标。目前已投入批量生产。
普通注塑机射咀头关键词伞齿轮成形规律闭式冷精锻ｆ、：。。
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１引言
齿轮的精锻技术是本世纪初发展起来的一项较为经济的新技术、新工艺。主要是用来替代繁琐的机加工齿形部分的工作：同时起到节约原材料，提高劳动生产率、产品机械性能的作用。但该工艺多以热锻和温热锻造工艺为基础进行，工艺环节复杂，控制点多，故难免带有工艺本身的缺陷。诸如：锻造温度不易控制，导致产品冷热收缩量不一致；产品氧化严重，去氧化皮后导致精度降低，表面质量下降；热疲
劳、热磨损严重。导致模具失效过早、寿命不高；齿轮的互换性差等。因此，此工艺生产的齿轮产品多用于农用机车、铲车、矿山机械等。 汽车及微型轿车对齿轮产品的精度、表面质量、互换性能均提出了更高的要求。为适应这一要求，国内的齿轮专业生产厂家均不同程度地采用了冷锻伞齿轮的新技术。如：江苏的森华齿轮精锻有限公司，扬洲太平洋齿轮锻造公司，河南冠华精锻齿轮厂等分别引进了国外的齿轮冷锻技术：另外，天津、上海也有企业引进日本的齿轮锻造专用设备。而日、德、英等国早在８０年代已成熟地应用该技术生产伞齿轮了。但其制造设备（闭式锻造设备、多工位压力机、摆动辗压机等）＋分昂贵；关键技术封锁严密，国内引进厂家多不能发挥其效能，且增加了高额的产品制造成本。鉴于此，我们偿试了在通用设备上进行直齿伞齿轮闭式冷精锻成形工艺的研究，通过中试生产，效果是令人满意的。
２工艺方案的确定
２１产品图分析
如图１。为某微车差速器行星齿轮。
模数ｆＩＦ３８１６，齿数ｚ＝１０，全齿高７８２，
其主要齿形精度要求７级，节圆跳动公
差ｏ．０５，齿面粗糙度Ｒａ≤１．６，材料为
２０ＣｒＭｎＴｊ。
冷成形难度太，精度、表面粗糙度要求
高，一般的成形工艺不易保证，尤其齿
氟塑料离心泵结构图
形的充填情况不容乐观，这就要求以齿
沿齿顶、齿向的流动阻力）为目的来制
定工艺方案。图１
２．２锻件图的确定
锻件图应符合成形规律的特征，起到合理精化毛坯的作用。即保证齿形充填良好，精度高，齿面不再
机械加工等：故锻件图的齿形部分与零件图一致，并以不影响使用要求的前提下进行成形所需的工艺参数的修正。锻件图没有设计飞边，这与闭式锻造的思想一致。分模面选在分度圆的某个位置，实际情况有可能在此产生毛刺，这是不希望出现的，但可对合模力的调整来克服这一现象。锻件留有的余量是设计的关键要素．如图２。从图中看，在保证有效使用齿长的前提下，轮齿大端留有冷锻
成形自然过渡圆角。这样做的目的如下：（１）降低
成形力及弹性变形，减少因弹性变形带来的不必要
的模具工艺参数的调整；（２）可以避免过分追求产
品净形而造成的模具设计的不合理和模具过早失
效；（３）不需要十分精确的设计坯料，为大批量生
产奠定了基础；（４）可以保证金属更合理的流动形
式，对金属充满齿部型腔是有益而无害的。
２３工艺方案
图２
闭式锻造是将坯料金属挤入密闭型腔的一种较佳的成形方式。可以加工出较高精度的产品，且避免了飞边的产生，有利于降低成形载荷及提高材料的利用率：其应用于齿轮产品的成形是可行的。由于目前受设备制约（５００Ｔ油压机）不具备一种理想的合模机构，故采用的是一种简易的闭式锻造模具结构，此种模具结构的弹性元件组不能对成形速度、成形压力、加压行程进行无级调速，只能保证金属在连续渐近地流向齿形模腔的主要成形过程中模具处于闭合状态。但只要工艺合理，模具强度足够，就可以获得高精度、高品质的产品。其次，改变了传统热锻工艺中齿形模放在下模的设计方案，将齿形模放在上模组中，使流向齿腔的金属更充分，达到利于齿部成形的目的。齿形模为三层组合凹模，并尽可能减少因成形带来的弹性变形所导致的齿形精度的损失。第三，利用弹性元件组的弹性支持，下模做相对的轴向运动，使坯料金属合理的流动，以达到成形的目的。
所以，工艺方案为：在普通油压机上，利用模具组件的浮动作用，使伞齿轮的闭式冷精锻一次成形变为现实。
３模具结构及工作原理
１一上顶冲头：２～齿形模；３一下顶冲头：４一容料凹模：５一弹性元件图３模具结构简图
商场柜台制作３１模具结构
如图３，模具由上、下模部分和弹性元件组成。上模部分主要有齿形凹模、双层预应力圈、上顶冲头等模具零件，下模部分主要有承力容料凹模，下顶冲头等横具零件。其中模架要求有较高的设计强度、刚度．导向精度：保证动作部件动作灵活，无粘滞．卡模现象。
３．２工作原理
坯料放在容料凹模４内，齿形模２与容料模４经由设备动作合模，将坯料密闭在模腔内。设备下行－齿形模２与容料凹模４作同步下行运动；相对于容料凹模４下顶冲头３是作反向
的轴向运动．运动的结果，坯料金属被逐步挤压进入齿形模腔，完成轮齿的成形过程。设备回程容料凹模４由于弹性元件５的作用浮起，模具开
模，由下顶冲头３将工件顶出模具表面，完成整个工作过程。
４成形规律分析
囱囱，窗企企
图４坯料变形过程示意图
４，２．１自由镦粗变形到部分有约束的连续挤压镦粗变形
模具装入坯料，闭合后下行。由于坯料的径向尺寸设计时小于客料凹模的内径尺寸，故当齿形内的上顶冲头与坯料接触时，坯料发生的变形实际上相当于平砧镦粗（这种工艺设计的合理可以防止坯料金属过早的发热，还可减少变形抗力，利于变形过程的发生），这种自由镦粗在坯料与容料凹模充分夹紧时消失，代之的是型腔内的坯料因模具继续下行而进行的连续挤镦变形，并由容料凹模内被径向约束的坯料不断供给补偿金属。这就使得金属发生径向变形为主的变形最大，为下步金属合理的流向齿腔奠定了基础。这种变形的关键在千利用了容料凹模与坯料间有益摩擦力【使模具闭合的力）的作用，从而改善了金属流向齿形模腔的条件。
４．２．２齿部型腔径向发散的挤压充填变形
头部补偿到的金属大部分集中在齿长的中下部位置，又由于容料凹模有工艺设计要求，这时的金属主要流向齿长３／５处的齿顶方向，由此伴随有沿齿向延伸向下至大端向上至小端的金属流动。这种以径向变形为主的发散形态变形，有利于齿腔的完全充填饱满，从而避免了其他工艺诸如“齿向圆弧凸凹”的缺陷。此变形过程止于金属屈服变形抗力在垂直方向上的分力大于坯料金属施与容料凹模内壁的有益摩擦力，此后模具在下行过程中有张开的动作发生。宏观上表现为大端齿隙有明显的楔形飞刺产生。
４．２．３齿形的最终挤镦变形
加热膜９４
模具下行完成齿腔的充填变形后，由于容料凹模内设计的坯料表面积已少到提供给容料凹模向上的摩擦力不足以使模具闭合，（而此时，模腔内补偿到的金属又尽可能多的堆积在齿腔的大端，使容料凹模向下的作用力骤增，已远大于向上的摩擦力，从而模具有了短时短距的开启过程），容料凹模顺序抵至下死点，下顶冲头端部与之工艺衔接过程中，齿型模继而完成挤镦变形，这个过程不能简单地理解为上一变形过程的继续，堆积在大端的多余金属可能有平面缺陷，即不饱满或留有补偿金属不足的缺陷，（在以后的机加工序中将被去除）。这一变形过程对齿形来讲是一种强制效形（使齿形稳定）。
综上所述，金属的变形过程是复杂的，不仅涉及到有益摩擦力的利用，降低变形力的方法问题，同时金属在各阶段的屈变方式，充填方式也是研究的内容，文中只粗略的作了探讨。
５结论
通过试验和中试生产，直齿伞齿轮成形效果良好，齿形充填饱满，经检测节圆跳动公差为Ｏ．０３，运动精度好，完全满足使用要求．达到外冷锻，摆辗工艺生产同类产品的品质。
利用闭式锻造模具成形直齿伞齿轮的工艺不仅是可行的，而且完全能够投入批量生产。该工艺大幅度
灯箱广告制作提高了齿轮产品精度和表面质量，是一种较佳的成形方式。对相关产品的开发生产有一定的推广意义。
金属在齿形模具腔内的流动是合理的。在齿形的主要成形过程中，金属流动所需载荷较小，这对提高和保证齿形精度是有益的。乳化液废水处理
容料凹模内的金属在不断补偿齿形成形的过程中，利用了摩擦力的有益作用，对其有待进行深入的研究。
参考文献
１蔡利等编直齿伞齿轮闭式冷精锻工艺研究金属成形工艺１９９８年第５期１９９８１０
２蔡盛祺等编ｃａｇｅ之温间复动化锻造制程开发锻造第五卷第四期１９８５１２
３刘润广编《锻造工艺学》哈尔滨工业大学出版社１９９２４
４上海市机械制造研究所西安红旗机械厂直伞齿轮的精密锻造锻压技术１９７９年
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