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        汽車后橋從動齒輪鍛造工藝研究

        2019-03-29 10:15:48雷海峰張召慶柏秀泉
        科學與技術(shù) 2019年9期
        關(guān)鍵詞:齒輪

        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行了詳細研究。

        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過程的進行不斷增加,因此在進行模具設(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)。達到型腔上下槽模面的閉合,進而形成合格的鍛件。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雜系數(shù)對H3的影響巨大,因此我們著重對其進行研究。

        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雜的零件的b/h取大值;對簡單的零件的b/h取小值,以達到圖紙的設(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擊,折疊現(xiàn)象會非常的嚴重,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械混合物,硬度170-207HB,抗拉強度為885MPa、延伸率為12%。若這些指標達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到要求;因此需要對其組織性能進行很好的評估,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引起的,脫碳將導致機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。

        參考文獻

        [1]莊中.汽車齒輪加工的新技術(shù)和發(fā)展動向[J].汽車工藝與材料,2012,06:43.

        [2]陳鵬,舒義明.汽車變速箱齒輪加工工藝及設(shè)備[J].天津汽車,2012,07:56.

        [3]王政.汽車齒輪的加工工藝及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代零部件,2010,09:26-28.

        [4]顧永生.現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝的發(fā)展動向[J].柴油機設(shè)計與制造,2010.

        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:重慶集信機械有限公司)

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