雷海峰 張召慶 柏秀泉

摘要：汽車后橋從動齒輪作為汽車的主要傳力零部件，需要具備高抗剪切，高抗沖擊及高的抗耐磨性。根據(jù)實際使用過程中的受力情況可以將其認(rèn)為是一類鍛件。本文根據(jù)鍛件的成形過程及金相組織相變過程及模具的設(shè)計過程對齒輪想性能影響程度進(jìn)行了詳細(xì)研究。

關(guān)鍵詞：汽車后橋；齒輪；鍛造

一、從動齒輪模鍛成形過程分析

從動齒輪是軸對稱類鍛件，變形過程為將圓柱形坯料變形為環(huán)形鍛件，如圖1所示。

從動齒輪的變形分為三個階段：一、自由鐓粗階段（H1）；二、金屬填充至充滿階段（H2）；三、鍛件符合設(shè)計階段（H3）?？偟男谐虨镠1+H2+H3。

第一階段（H1）

上下模槽與坯件接觸至坯料與槽邊橋部接觸。因為此階段的變形抗力很小，所以需要讓金屬盡可能的充滿整個模槽的型腔。使坯料的截面積幾乎等于型腔的投影面積。

第二階段（H2）

完成第一階段后，金屬會進(jìn)一步橫向流動形成飛邊。此階段的變形抗力會隨著H2過程的進(jìn)行不斷增加，因此在進(jìn)行模具設(shè)計時，需要最大限度的減少鍛造所做的變形功，以減少金屬的流動阻力。

第三階段（H3）

第二階段完成后，型腔內(nèi)已經(jīng)充滿了金屬。第三階段所做的工作為將多余金屬擠入飛邊槽內(nèi)。達(dá)到型腔上下槽模面的閉合，進(jìn)而形成合格的鍛件。H3階段的變形力、變形功以及材料損耗都是很大的，因此需要盡量減少H3階段。其中零件的幾何形狀及零件的復(fù)雜系數(shù)對H3的影響巨大，因此我們著重對其進(jìn)行研究。

如圖2所示的飛邊槽，其中橋部的阻力會隨著b/h的增大而增大。為了便于整個鍛件充滿型腔需要對復(fù)雜的零件的b/h取大值；對簡單的零件的b/h取小值，以達(dá)到圖紙的設(shè)計要求。初次將從動齒輪鍛模的槽部b/h設(shè)計為8，此時的鍛件很難靠合，因而造成鍛件的不合格，增加了鍛件的加工余量。此外，由于鍛件的很難靠合也大大增加了鍛件的錘擊次數(shù)，降低了模具的壽命。

將從動齒輪的槽部尺寸b減小，將b/h減小至3.5，收到了很好的效果。即保證了鍛件的成形準(zhǔn)確又減少了錘擊次數(shù)，增加了模具的壽命。

二、從動齒輪模鍛中折疊產(chǎn)生原因及其防止措施

結(jié)合實際情況，從動齒輪用20CrMnTi進(jìn)行試制。在試制過程中鍛件的內(nèi)緣與轉(zhuǎn)接處產(chǎn)生了折疊，如圖3所示。

以上實驗證明，要保證材料完整的充滿整個型腔而又不發(fā)生折疊現(xiàn)象，選擇d1=150mm原材料是最好的。

此外，工人的鍛造技術(shù)水平也對鍛件的折疊會產(chǎn)生重要的影響。工人鍛造水平較高，在鍛造過程中開始只輕輕的錘擊，然后再重重的錘擊，如此操作不易產(chǎn)生折疊，同時還能使鍛件完整的充滿整個型腔。如若開始鍛造的時候就重?fù)簦郫B現(xiàn)象會非常的嚴(yán)重，鍛件不但不能完整的充滿整個型腔，而且會使得金屬外流而無其他的金屬進(jìn)行型腔填充。

三、鍛件內(nèi)部的質(zhì)量控制

1、鍛件的內(nèi)部質(zhì)量

鍛件的內(nèi)部質(zhì)量是指在鍛件正火處理后，鍛件內(nèi)部的金相組織，整體硬度及鍛件的均勻性和綜合力學(xué)性能。

從動齒輪的材質(zhì)為20CrMnTi，正火處理后得到的金相組織為鐵素體和片狀珠光體的機(jī)械混合物，硬度170-207HB，抗拉強度為885MPa、延伸率為12%。若這些指標(biāo)達(dá)不到要求將直接影響齒輪的使用性能。若硬度超出指定的要求，將出現(xiàn)貝氏體組織，增加加工成本；若

硬度較低，則零件的表面粗糙度很難達(dá)到要求；因此需要對其組織性能進(jìn)行很好的評估，保證其后期的持續(xù)使用。

2、防止鍛件的脫碳現(xiàn)象

鍛件的脫碳現(xiàn)象是由于對零件的加熱不當(dāng)引起的，脫碳將導(dǎo)致機(jī)械加工余量減少以及零件內(nèi)部組織不均勻的現(xiàn)象發(fā)生。從而引起零件的力學(xué)性能下降，造成齒輪的過早失效。究其脫碳原因是由于鍛造加熱時，加熱時間過長導(dǎo)致的。因此需要采用首先在低溫爐內(nèi)保溫，再將其轉(zhuǎn)至高溫爐內(nèi)加熱的工藝進(jìn)行處理，防止脫碳現(xiàn)象的發(fā)生。

四、總結(jié)

（1）首先分析了從動齒輪在鍛造過程中的金屬流動，進(jìn)而分析了飛邊槽橋部尺寸的關(guān)系，為鍛件成形奠定了理論基礎(chǔ)。

（2）分析了從動鍛造齒輪產(chǎn)生折疊現(xiàn)象的原因，并進(jìn)行了不同直徑齒輪的折疊現(xiàn)象實驗，由實驗得出從動齒輪直徑是150mm時，能夠很好的克服折疊現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而保證齒輪質(zhì)量。

（3）鍛造質(zhì)量的控制，分析了產(chǎn)生鍛造質(zhì)量的原因，從實際出發(fā)，制定了合理的鍛造工藝，保證了鍛造后的齒輪質(zhì)量。

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作者簡介：雷海峰（1987-），男，漢族，重慶，工程師，碩士研究生，重慶集信機(jī)械有限公司，主要研究方向：現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備。

（作者單位：重慶集信機(jī)械有限公司）