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齒輪這一應用極為廣泛的機械傳動零件,其具備結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好、傳動比準確、傳遞動力大、生產(chǎn)效率高以及使用壽命長等相關(guān)特點,這使之在機械裝備中大量運用。齒輪加工工藝的完成主要借助于金屬切削加工的方法或是使用傳統(tǒng)式熱鍛與金屬切削加工相結(jié)合的方法,來形成冷精鍛產(chǎn)品,此種工藝過程通常生產(chǎn)成本高、加工費時較多。齒輪冷精鍛成形是一門制造技術(shù),它要求在室溫條件下,先將金屬坯料進行精密鍛造,以直接獲取完整的齒形,然后把齒面不經(jīng)切削加工或者只經(jīng)少許精加工,最終完成使用。經(jīng)過冷精鍛工藝成型之后,齒輪的內(nèi)部便自然形成致密、均勻的材料組織,其沿著齒形輪廓還因而具備了表面加工硬化層和極其圓滑的齒根,以及連續(xù)、合理的金屬流線,以最大限度上提升齒輪的機械強度與使用壽命。與齒輪的溫鍛和熱鍛成形進行比較,冷精鍛成形無須加熱毛坯和模具,則其更加利于能耗的降低,以及齒輪產(chǎn)品表面質(zhì)量與尺寸精度的提升,這就使得齒輪冷精鍛成形具備了更為廣闊的應用前景。
2直齒內(nèi)齒輪冷精鍛技術(shù)存在的問題
在傳統(tǒng)的齒輪冷精鍛成形過程中,一直有著幾大方面不足,即齒輪精度等級不夠,致使齒輪使用時噪音大、壽命低;齒輪冷精鍛成形載荷過大,該過程對設備要求偏高;齒輪冷靜段成形所使用的模具壽命低、加工成本高。正因為齒輪冷精鍛工藝中存在著相關(guān)問題,則需深入探究改善之方法,比如深入尋找更好的成形工藝,以有效改善齒輪的充填性、降低成形工作載荷以及提高模具的使用壽命等。目前國內(nèi)對直齒內(nèi)齒輪冷精鍛成型技術(shù)所進行的研究和應用實踐較多,但在直齒內(nèi)齒輪冷精鍛成形技術(shù)方面存在如下問題亟待解決:
(1)在出模方面,現(xiàn)有的直齒內(nèi)齒輪不存在拔模斜度,導致出模十分困難;(2)在同心度方面,以空心坯料擠壓內(nèi)齒輪時,坯料上反擠出來的中心孔與其外圓的同心度無法完全吻合;(3)在精度控制方面,由于齒輪精度受到較多因素的影響,比如坯料尺寸、凸模、潤滑條件、模具出現(xiàn)磨損和彈性變形、凹模型腔形狀等,使得齒輪精度不易控制;(4)在模具設計和使用壽命方面,直齒內(nèi)齒輪結(jié)構(gòu)本身的特殊性,使某些機器結(jié)構(gòu)的直齒內(nèi)齒輪經(jīng)過冷精鍛成形時對模具的設計提出了更為特殊的要求。此外,有些機器結(jié)構(gòu)的內(nèi)齒輪在冷態(tài)下鍛造成形時載荷較大,造成了模具壽命降低,這成為直齒內(nèi)齒輪精鍛工藝不能實用化的一個重要原因。
3直齒內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝的優(yōu)化方案
針對當前直齒內(nèi)齒輪冷精鍛技術(shù)出現(xiàn)的問題,應積極優(yōu)化和改善直齒內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝,其可選方案包括:
3.1貫通內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝
貫通內(nèi)齒輪即內(nèi)齒輪底部完全貫通,底面和內(nèi)齒輪截面之間形狀一致、不具備其他結(jié)構(gòu)。單從制造工藝分析,貫通內(nèi)齒輪冷精鍛成形包含了擠壓前坯料的加工、齒形沖頭的設計、退料環(huán)結(jié)構(gòu)的設計、坯料孔徑的選擇等多項工藝。若以數(shù)值模擬角度分析,則首先分析坯料孔徑對內(nèi)齒輪成形質(zhì)量的影響,即通過輪齒成形的飽滿程度評估齒輪冷精鍛成形工藝;分析內(nèi)齒輪模數(shù)對成形質(zhì)量的影響,其中要把內(nèi)齒輪面積劃分為兩部分,即齒形部分以及齒槽部分;分析沖頭入口角對擠壓成形力的影響,這主要因為沖頭入口角在內(nèi)齒輪擠壓成形工藝中占據(jù)最重要模具結(jié)構(gòu)參數(shù)的地位;分析沖頭入口角對沖頭承載的影響,以及有效齒高和摩擦的影響等。
3.2非貫通內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝
非貫通內(nèi)齒輪即內(nèi)齒輪底部非完全貫通,它通常表現(xiàn)為具有凸臺、軸之類的其他工藝結(jié)構(gòu)。了解非貫通內(nèi)齒輪冷精鍛成形工藝,便必須掌握分流的基本方法,即孔分流法、軸分流法和約束分流法等。其中,孔分流法需要再齒坯中心預留分流孔,其具體要先采取空心坯料,確保坯料在加工成形的最后階段時仍然能夠自由地在孔內(nèi)流動,達到孔分流的目的;軸分流法則是要在上模塊和下模塊上開設分流扣,確保坯料成形時能夠在分流口處沿軸向自由地流動,達到軸分流的目的。而約束分流法,便是要在材料充填齒形的時,對那些向溢流口分流的材料施以相應的約束阻力,以實現(xiàn)材料向齒腔內(nèi)部充填。
4結(jié)語
本文提出的制造貫通內(nèi)齒輪的冷精鍛成形工藝方案合理可行。提出了兩類典型結(jié)構(gòu)內(nèi)齒輪(貫通內(nèi)齒輪和非貫通內(nèi)齒輪)的冷精鍛成形工藝方案。對貫通內(nèi)齒輪主要從齒輪模數(shù)、成形載荷、有效齒高以及模具壽命等方面對齒輪成形質(zhì)量進行研究,獲得滿足工藝要求的合理的效果。對非貫通內(nèi)齒輪從成形載荷、齒輪精度和模具壽命等方面對兩種可行方案進行對比,并得到這兩種方案各自的適用條件。