齒輪軸擠壓凹模結構與加工工藝研究

匡余華

(南京工業(yè)職業(yè)技術學院 機械工程學院，江蘇 南京 210023)

引言

冷擠壓(鍛)工藝是一種精密塑性成形技術、是一種高精、高效、優(yōu)質低耗的先進生產(chǎn)工藝技術，具有切削加工無可比擬的優(yōu)點，如制品的機械性能好，生產(chǎn)率高和材料利用率高，特別適合于大批量生產(chǎn)。而冷擠壓中的擠壓凹模是決定擠壓工藝成敗的主要因素。圖1為全自動洗衣機變速機構的輸入軸，擠壓工藝生產(chǎn)時采用為10鋼，年生產(chǎn)產(chǎn)量為大批量。如采用冷擠壓工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾銑削加工，可大幅度提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質量［1］。

1 齒輪軸結構分析

輪齒軸結構如圖1所示，齒輪模數(shù)為1，齒輪齒數(shù)為17，壓力角為20°，齒輪軸的四方部分為輸入動力，它與基準的對稱度為0.08mm，如果該定位公差超差，則將影響其它零件與齒輪軸的裝配。齒形與基準的徑向跳動為0.08mm，表面粗糙度為 Ra1.6，齒形要求飽滿，如該技術要求超差，則會使齒輪嚙合質量變差，影響傳動平穩(wěn)性，增大傳動噪音。從以上分析可以得到，齒輪軸技術要求較高，加工難度大，生產(chǎn)成本相對較高。

圖1 齒輪軸

2 齒輪軸擠壓方案分析

根據(jù)零件的形狀、尺寸精度、形位公差及使用要求，采用冷擠壓加工時，其齒輪外徑、四方臺階軸均不放機加工余量，且一次直接擠到尺寸，擠壓成品如圖2所示。齒輪軸一次擠壓成型方案有兩種，如圖3所示，圖3a采用正擠壓一次成型，擠壓時毛坯所有尺寸都處在限制狀態(tài)，擠壓尺寸精度高，能保證四方和齒形與￠12.5尺寸位置公差。圖3b采用正反擠壓一次成型，但由于齒輪軸結構限制，長徑比(69/12.5)已達到 5.5，同時 ￠12.5 尺寸在擠壓時不受限制，因此￠12.5尺寸會變大，形狀會變形，需要二次加工，這樣不能保證齒形與￠12.5位置公差。

圖2 擠壓成品

圖3 齒輪軸擠壓方案

3 齒輪軸擠壓凹模結構

正擠壓擠壓齒輪軸的凹模結構采用預應力雙層過盈配合凹模結構，如圖4所示。圖4a擠壓凹模結構采用整體式，剛性好，擠壓產(chǎn)品相互位置精度容易保證，但整體擠壓凹模制造困難，采用現(xiàn)有加工方法可能無法保證其尺寸精度要求。圖4b擠壓凹模結構采用組合式，擠壓凹模尺寸精度加工容易實現(xiàn)，但組合后相互之間位置精度不容易保證，因此要提高各擠壓凹模的制造精度，從而保證擠壓產(chǎn)品尺寸精度。分體式相互之間精度不容易保證，應在加工中采取一定工藝措施。

4 齒輪軸組合擠壓凹模加工工藝

齒輪軸組合擠壓凹模齒形成型凹模結構如圖5所示，其加工藝路線為:

備料 ￠125X40-車 ￠120X30.5及 ￠18.5X16-平磨￠120X30.3—鉗工3X￠5鉆穿線孔、螺釘過孔及臺階孔-熱處理—平磨30-內孔磨￠19X16-線切割(慢絲)校內孔￠19，加工凹模齒形部分，加工2-￠10—鉗工研磨。

圖4 擠壓凹模結構

齒輪軸組合擠壓凹模四方成型凹模結構如圖6所示，其加工藝路線為:

備料￠125X75-車￠120X68.5及￠12X43-平磨￠120X68.3—鉗工3X￠6鉆穿線孔、螺紋-熱處理—平磨68-內孔磨￠12.5X43-線切割(慢絲):校內孔￠12.5，加工凹模四方部分，加工2-￠10—鉗工研磨。

擠壓凹模齒形成型凹模與擠壓凹模四方成型凹模組合工藝:

鉗工:用螺釘、定位銷釘將兩凹模組裝，如圖b所示—線切割(慢絲)校內孔￠19，加工維度88°及 ￠100+0.113+0.091。

圖5 齒形成型凹模

圖6 四方成型凹模

5 結論

按此工藝加工組合擠壓凹模，經(jīng)生產(chǎn)檢證，擠壓生產(chǎn)的齒輪軸完全達到圖紙技術要求。冷擠壓工藝是一種精密塑性成形技術，具有切削加工無可比擬的優(yōu)點。通過改進擠壓凹模結構，優(yōu)化制造工藝流程，使原來采用滾齒加工生產(chǎn)齒輪軸改為擠壓工藝生產(chǎn)，齒輪軸的產(chǎn)品的合格率提高了3%，生產(chǎn)效率提高了5倍以上。

［1］ 呂琳，鄧明.小齒輪件的成形工藝及模具設計［J］.鍛壓技術，2008(4):86-88.

［2］ 匡余華.專用螺栓冷擠壓工藝與模具設計［J］.模具工業(yè)，2001(11):43-45.

［3］ 張會，孫偉，張昌明.組合式擠壓凹模的優(yōu)化設計［J］.鍛壓技術，2005(4):61-63.

［4］ 匡余華.熱處理工藝對W18Cr4V鋼齒輪擠壓凸模壽命的影響［J］.熱加工工藝，2010(20):163-165.