1、第1頁(yè)/共25頁(yè) 特別是冷擠成形的起動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)上一端封閉，為輪齒提供了額外的抗彎強(qiáng)度，最適合于汽車起動(dòng)機(jī)頻繁沖擊和高載荷工況下工作。齒輪正擠壓成形時(shí)，齒形凹?？梢杂酶呔染€切割機(jī)床加工。當(dāng)齒形擠壓模具采用高速鋼材料，模具齒形制造精度達(dá)到（DIN）6級(jí)，在批量生產(chǎn)條件下，齒輪成形精度穩(wěn)定達(dá)到(DIN) 89級(jí)?？紤]到模具的彈性變形和磨損，在大批量生產(chǎn)時(shí)改用硬質(zhì)合金模具并合理設(shè)計(jì)冷鍛變形率，可使正擠壓齒輪的齒形精度進(jìn)一步達(dá)到（DIN）77.5級(jí)。成形模的齒形設(shè)計(jì)要考慮冷鍛過(guò)程中模具的彈性變形和模具磨損的影響，對(duì)模具齒形加以必要的修正。由于在擠壓過(guò)程中模具曲率大的部分磨損速率大于曲率小的部分，因此，

2、采用標(biāo)準(zhǔn)齒形的齒輪擠壓模齒頂處的磨損明顯大于齒面和齒根處的磨損。如果對(duì)齒形作適當(dāng)修正（圖4），可使模具齒形獲得均勻磨損的效果，從而得到較長(zhǎng)的模具壽命。正擠壓成形工藝的另一特出優(yōu)點(diǎn)是模具齒形由數(shù)控線切割加工得到，在少齒數(shù)齒輪加工時(shí)通過(guò)編程即可獲得理想齒形而不必?fù)?dān)心根切。在加工特殊齒形或修正齒形場(chǎng)合，采用數(shù)控線切割加工齒形比齒輪的展成加工或仿形加工更方便、更快捷、更正確?；ㄦI冷鍛成形是齒輪正擠壓成形的一個(gè)特例。漸開(kāi)線花鍵的成形相當(dāng)于擠壓一個(gè)較長(zhǎng)的正齒輪，矩形花鍵的擠壓與漸開(kāi)線花鍵的擠壓相似。從另一方面考慮，小模數(shù)正齒輪可采用分割漸開(kāi)線花鍵軸的方法來(lái)得到（圖5）。從70年代起，國(guó)內(nèi)外汽車起動(dòng)齒輪絕大

3、部分用冷鍛方法生產(chǎn)(1)（2）。本公司用冷擠壓工藝生產(chǎn)摩托車花鍵軸，并用分割漸開(kāi)線花鍵軸的方法生產(chǎn)小模數(shù)正齒輪。小齒輪每月產(chǎn)量達(dá)數(shù)萬(wàn)件，精度可達(dá)（DIN）7.5級(jí)，主要用于轎車起動(dòng)電機(jī)行星減速系統(tǒng)。 第2頁(yè)/共25頁(yè)第3頁(yè)/共25頁(yè)第4頁(yè)/共25頁(yè)汽車起動(dòng)齒輪成形原理第5頁(yè)/共25頁(yè)齒輪正擠壓成形的缺點(diǎn)是成形齒坯的頭、尾有較大的塌角和過(guò)渡圓弧，因此齒輪兩端面切削余量大，材料利用率不高，也影響了生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高。另外齒輪端面切削后容易殘留毛刺，而去毛刺是機(jī)加工中最傷腦筋的問(wèn)題。受擠壓變形率的限制，并考慮到模具制造尺寸和冷鍛壓力機(jī)能力等因素，齒輪正擠壓成形目前只應(yīng)用于小規(guī)格小模數(shù)齒輪的制造。當(dāng)

4、然，比起切齒加工，齒輪擠壓成形無(wú)論是在質(zhì)量、效率和效益方面，都是一個(gè)飛躍。對(duì)于內(nèi)齒輪的制造，可用齒形沖頭反擠壓成形。用該工藝可制造貫通的內(nèi)齒輪（圖6），也可制造底部不通的內(nèi)齒輪（圖7）。在后一種場(chǎng)合，齒輪冷鍛成形不需要預(yù)加工退刀槽，因而在有限尺寸內(nèi)可保證制出最大限度的有效齒形，從而可優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)，減小齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的尺寸并提高齒輪強(qiáng)度。當(dāng)代，齒輪的擠壓成形技術(shù)已從正齒輪成形發(fā)展到了斜齒園柱齒輪和螺旋花鍵軸的擠壓成形，齒形精度已達(dá)到（DIN）7級(jí)，能充分滿足大部分汽車齒形零件的要求。冷擠壓成形的齒形零件應(yīng)用已從汽車起動(dòng)電機(jī)、汽車搖窗機(jī)等外圍部件發(fā)展到汽車轉(zhuǎn)向機(jī)、汽車變速箱等關(guān)鍵總成上。3傘齒輪閉

5、塞冷鍛成形傘齒輪的精密鍛造最早見(jiàn)于50年代德國(guó)的拜爾工廠，并在蒂森、等公司得到廣泛的應(yīng)用(3)。我國(guó)上海汽車齒輪廠等在70年代就成功進(jìn)行齒輪精密鍛造生產(chǎn)。但當(dāng)時(shí)采用的是熱精鍛技術(shù)，齒輪鍛造精度89級(jí)，主要應(yīng)用于卡車和拖拉機(jī)工業(yè)。第6頁(yè)/共25頁(yè)第7頁(yè)/共25頁(yè)第8頁(yè)/共25頁(yè)70年代冷鍛和閉塞鍛造技術(shù)得到突破和發(fā)展后，傘齒輪的鍛造精度得到較大提高，已能滿足當(dāng)代轎車工業(yè)的要求。目前，汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的轎車、輕型車和微型車的行星齒輪、半軸齒輪（差速器齒輪總成）等直齒傘齒輪已廣泛采用冷鍛和閉塞冷鍛工藝生產(chǎn)，螺傘齒輪的精密鍛造也在開(kāi)發(fā)中。我國(guó)江蘇省飛船齒輪股份有限公司和太平洋精密鍛造公司等引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)

6、的專用冷鍛壓力機(jī)，并引進(jìn)國(guó)外傘齒輪閉塞冷鍛成形技術(shù)或冷擺輾技術(shù),，完成了轎車、輕型車行星齒輪和半軸齒輪的開(kāi)發(fā)。精鍛齒輪產(chǎn)品已得到多個(gè)汽車廠的認(rèn)可并投入了批量生產(chǎn)。傘齒輪閉塞冷鍛成形原理見(jiàn)圖（8）。通常，傘齒輪的切削成形往往采用刨齒機(jī)等作展成加工，而傘齒輪精鍛成形模的成形電極可用數(shù)控加工和展成加工二種方法制造。二種不同方法加工出的齒輪相互嚙合時(shí)有可能會(huì)有接觸面不好的負(fù)面影響，因而，精鍛傘齒輪推薦成對(duì)使用。閉塞冷鍛成形的齒形精度可滿足一般汽車的使用要求。對(duì)精度有較高要求時(shí)，在齒輪閉塞成形后進(jìn)行等溫退火，再在精密成形模具作一次冷精整，可穩(wěn)定地獲得DIN 7級(jí)的齒形成形精度。由于冷精整變形量小，并為了

7、提高齒面質(zhì)量，齒坯精整前用少量稀油噴霧潤(rùn)滑，無(wú)須作磷、皂化處理。由于齒坯進(jìn)行了等溫退火，后續(xù)滲碳淬火時(shí)齒形變形量較小而且規(guī)律性好，因此可根據(jù)淬火變形規(guī)律對(duì)鍛造齒形進(jìn)行修正，最終達(dá)到熱處理后精度不致于降低的目的。4汽車齒輪的分流鍛造園柱齒輪的成形工藝還有閉式冷鐓鍛成形等（圖9）。由于齒輪冷鐓鍛成形時(shí)在齒頂?shù)募饨遣拷饘倭鲃?dòng)條件不好，單用加大鍛造力的方法不能有效地改善齒尖部的充填效果。而加大鍛造力的負(fù)面效應(yīng)是使模具壽命大幅度下降。鍛造應(yīng)力的加大還使模具彈性變形增加，最終使鍛件的齒形精度下降。由于閉模鍛造的特點(diǎn)，當(dāng)齒坯的下料精度較低時(shí)，毛坯體積少量超標(biāo)就會(huì)引起鍛造應(yīng)力的急劇上升，最終造成模具的破損失效

8、。第9頁(yè)/共25頁(yè)第10頁(yè)/共25頁(yè)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外精密鍛造專家開(kāi)始將分流鍛造理論應(yīng)用于正齒輪和螺旋齒輪的冷鍛成形（4）（5）（6）。分流鍛造的主要原理是在毛坯或模具的成形部分建立一個(gè)材料的分流腔或分流通道(圖10)。鍛造過(guò)程中，材料在充滿型腔的同時(shí)，部分材料流向分流腔或分流通道。分流腔或分流通道能容納少量體積超標(biāo)的材料，而不致于造成鍛造應(yīng)力急劇增加的后果。更主要的是，通過(guò)對(duì)分流路徑的合理設(shè)計(jì)，使鍛造過(guò)程中金屬的流動(dòng)有利于齒形尖角處的充填，從而可在較小的成形應(yīng)力下得到充滿程度較好的齒形。分流鍛造技術(shù)的應(yīng)用，使較高精度齒輪的少、無(wú)切削加工迅速達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。本公司于2000年從日本Nich

9、idai公司引進(jìn)齒輪分流鍛造工藝技術(shù)和模具技術(shù)，開(kāi)發(fā)富康轎車手動(dòng)變速箱倒擋齒輪零件（圖11）。該齒輪的成形原理見(jiàn)（圖12），產(chǎn)品冷鍛工藝過(guò)程見(jiàn)（圖13）。由于倒擋齒輪的齒面有一定的錐度要求，因此，齒形成形后要對(duì)齒面進(jìn)行一次錐度整形。該齒輪成形和整形工序在日本小松L1C 6300KN冷鍛壓力機(jī)上完成。試制的倒擋齒輪的齒形和齒向精度見(jiàn)表1表3。通過(guò)倒擋齒輪的分流鍛造試驗(yàn)，我們認(rèn)識(shí)到分流路徑的設(shè)計(jì)是齒輪分流鍛造成形的關(guān)鍵。對(duì)于每一個(gè)具體的齒輪，可有不同的設(shè)計(jì)方案，但基本原理是要使材料在鍛造時(shí)盡量沿齒向有一定的滑動(dòng)，才能在盡量小的成形應(yīng)力下得到充滿的齒形。第11頁(yè)/共25頁(yè)另外，采用多工位溫鍛或熱精鍛

10、成形作為倒擋齒輪的預(yù)成形，而以冷鍛精整來(lái)獲得最終的齒形精度，已成為當(dāng)前大批量生產(chǎn)汽車倒擋齒輪的最經(jīng)濟(jì)的方案。但溫冷聯(lián)合成形工藝的設(shè)備投資相當(dāng)大，投資后如得不到幾百萬(wàn)件鍛件訂單的支持，則將陷入虧損的窘境。相比之下倒擋齒輪的全冷鍛成形，可在一臺(tái)設(shè)備上通過(guò)更換模具完成多道工序，設(shè)備投資較小，生產(chǎn)成本低于切削加工，適合于多品種中、小批量生產(chǎn)。與擠壓齒輪相比，分流鍛造的齒輪容易獲得較大的尺寸。齒輪分流鍛造成形后如追加一次冷精整，同樣獲得較好的精度，可完全滿足汽車變速箱齒輪的精度要求。另外，分流鍛造的齒輪端面余量小，材料利用率高。某些情況下，齒形端面可不加工，避免了車削毛刺的發(fā)生。分流鍛造技術(shù)主要應(yīng)用于汽

11、車變速箱齒輪。除倒擋齒輪和行星齒輪外，變速齒坯接合齒的成形和接合齒環(huán)等齒形零件等都有了冷鍛成形的工藝和大批量生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。在國(guó)外，變速箱螺旋齒輪與接合齒的整體精鍛（7）也有了成功的經(jīng)驗(yàn)（圖14）。第12頁(yè)/共25頁(yè)分流鍛造成形原理第13頁(yè)/共25頁(yè)第14頁(yè)/共25頁(yè)第15頁(yè)/共25頁(yè)第16頁(yè)/共25頁(yè)第17頁(yè)/共25頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線畸變的漸開(kāi)線無(wú)載荷和輕載狀態(tài)時(shí)，齒廓嚙合處為標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線。重載狀態(tài)時(shí)，齒廓嚙合處由于接觸應(yīng)力較大而發(fā)生彈性變形，漸開(kāi)線發(fā)生畸變，使齒廓在重載時(shí)傳動(dòng)特性變壞。第18頁(yè)/共25頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線修鼓的漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線修鼓的漸開(kāi)線重載狀態(tài)時(shí)，齒廓

12、嚙合處由于接觸應(yīng)力較大而發(fā)生彈性變形，接近標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線，使齒廓在重載時(shí)保持良好的齒形。無(wú)載荷和輕載狀態(tài)時(shí)，齒廓嚙合處為修鼓的漸開(kāi)線。載荷第19頁(yè)/共25頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)的齒向形狀，齒輪裝配稍有誤差，就會(huì)使齒廓接觸痕跡發(fā)生偏差，影響傳動(dòng)精度。修鼓的齒向形狀，即使裝配稍有誤差，齒廓的接觸痕跡也能保持對(duì)稱的良好形狀。第20頁(yè)/共25頁(yè)第21頁(yè)/共25頁(yè)第22頁(yè)/共25頁(yè)5其它齒輪鍛造技術(shù) 除閉塞成形外，冷擺輾技術(shù)也可應(yīng)用于汽車傘齒輪的精密成形，并用于鋼質(zhì)同步器齒環(huán)的齒形成形。冷擺輾在汽車齒形零件制造方面最成功的應(yīng)用當(dāng)屬汽車轉(zhuǎn)向器變速比齒條的精密擺輾成形。由于變速比齒條的齒形模數(shù)和壓力角是變動(dòng)的，用傳統(tǒng)的切齒方法

13、加工極其困難而且不經(jīng)濟(jì)。冷鍛模具由于齒形用數(shù)控方法加工，所以變速比齒形對(duì)模具加工沒(méi)有加工理論和加工成本上的難題。但普通冷鍛對(duì)于較長(zhǎng)的齒條成形須要增加預(yù)成形工序，并且有齒頂難以充滿和模具壽命低的缺點(diǎn)。擺輾機(jī)通過(guò)調(diào)整擺頭可獲得沿齒條長(zhǎng)度方向擺動(dòng)的軌跡，有利于齒條的逐次成形。該技術(shù)為瑞士Schmid公司和德國(guó)ZF公司合作開(kāi)發(fā)并應(yīng)用至今。精密冷擺輾的齒條尺寸精度不超過(guò)0.04mm,模具壽命超過(guò)1.5萬(wàn)件。目前，冷擺輾工藝仍是是轉(zhuǎn)向器變速比齒條最經(jīng)濟(jì)的制造方法。6結(jié)論過(guò)去，由于國(guó)內(nèi)汽車零部件工廠生產(chǎn)規(guī)模小而分散，齒形零件的生產(chǎn)達(dá)不到冷鍛生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，因此，汽車工業(yè)中大部分齒輪和齒形零件停留在傳統(tǒng)的切齒加工落后狀態(tài)。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的飛躍發(fā)展，特別是在我國(guó)進(jìn)入WTO以后，汽車零部件制造面臨全球采購(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低制造成本將被提到最重要位置考慮。體現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的齒形零件冷鍛成形技術(shù)一定會(huì)在汽車零部件生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)1朱偉成：汽車零件精密鍛造技術(shù)1999.05 P52上海交通大學(xué)：冷擠壓技術(shù)1976.06 P4563王秉義：螺旋傘齒輪精密鍛造工藝國(guó)內(nèi)外水平及其發(fā)展概況 鍛造工業(yè)P14吳公明，曹偉松：冷擠壓工藝余料塊的研究 1992。10 第4回日中精密鍛造學(xué)術(shù)交流論文集5近藤一義，濟(jì)木弘行：日本的精密鍛造現(xiàn)狀 1996。4 第5回日中精