螺旋傘齒輪精鍛工藝及發(fā)展趨勢的研究

張 遜

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

由于精鍛螺旋傘齒輪可以降低成本，減少能源與材料的消耗，并且其制造時(shí)間較短的特點(diǎn)和優(yōu)勢受到制造商的青睞。但我國的該精鍛技術(shù)依靠長期實(shí)踐來進(jìn)行發(fā)展，缺乏理論上精確系統(tǒng)的分析，并且我國的制造水平也和其他高技術(shù)國家有一定的差距，對于非削加工技術(shù)的研究還處在初級階段，因而該技術(shù)的研究具有重要的實(shí)踐價(jià)值和理論意義。

1 我國螺旋傘齒輪精鍛工藝研究概況

20世紀(jì)70代后，我國才開始致力于研究精鍛齒輪技術(shù)，通過對熱精鍛直傘齒輪進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，并在該領(lǐng)域取得了可喜的成果，普遍的應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中。熱精鍛技術(shù)制造的齒輪具有模具精度低并且壽命較短的特點(diǎn)，其脫碳層及氧化皮附著表面、組成齒輪的晶粒較大等原因使得齒輪的尺寸無法達(dá)到較高的精度。而轎車制造業(yè)需要的齒輪精度嚴(yán)格，由于其自身的弱點(diǎn)使得熱精鍛出來的齒輪無法滿足市場需要。遂冷鍛技術(shù)收到了更多人的重視，雖然我國已經(jīng)以研究“螺旋傘齒輪的生產(chǎn)自動線”為課題，進(jìn)行了半精鍛和精鍛螺旋傘齒輪的研究，但在工藝及模具上還存在很多問題域缺陷，無法大范圍推廣于生產(chǎn)和加工領(lǐng)域。經(jīng)過國人的努力與實(shí)踐，上海已經(jīng)提高了從動螺旋錐齒輪的精度和壽命，之后中南大學(xué)也研發(fā)出了數(shù)控磨齒機(jī)，緊隨其后，無切削的螺旋傘齒輪在青島齒輪廠和山東大學(xué)的共同努力下得以制造。

2 螺旋傘齒輪精鍛亟待解決的問題

螺旋傘齒輪有著自身的特點(diǎn)，其產(chǎn)品精度高，具有良好的力學(xué)性能，形狀復(fù)雜，組織性和質(zhì)量較好。為了滿足日益發(fā)展的工業(yè)制造業(yè)的需要，我們需要看到研究成果在實(shí)踐中的一些不足和問題，并且通過努力減少這些問題的出現(xiàn)。問題如下：

（1）成形過程中的問題。精鍛齒輪的過程中需要進(jìn)行填充，這個(gè)過稱尤為復(fù)雜。如何保障精鑄成形，要對成形時(shí)所要設(shè)計(jì)的塑性力學(xué)，明晰塑性變形的問題進(jìn)行充分研究。力學(xué)分析要與時(shí)俱進(jìn)，通過實(shí)驗(yàn)的方式來分析成形過程的特點(diǎn)及狀況是非常重要的。但是實(shí)驗(yàn)的設(shè)備昂貴，并且對工作人員而言要進(jìn)行繁雜的分析和反復(fù)的試驗(yàn)。因而產(chǎn)生了有限元分析的實(shí)驗(yàn)方法，但是這種技術(shù)還不成熟，無法全面的分析成形中的流動規(guī)律以及影響因素。

（2）優(yōu)化工藝及模具結(jié)構(gòu)中的問題。就齒輪精鍛技術(shù)而言，需要在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到金屬的變形力學(xué)以及真實(shí)流動時(shí)所具有的規(guī)律，從而對模型和配料進(jìn)行全面的優(yōu)化和改造，保障模具和工藝設(shè)計(jì)的需要。

（3）工藝方案中的問題。由于精鍛工藝具有產(chǎn)品質(zhì)量不確定性、變形力需求大、成型具有難度、填充型腔較難等特點(diǎn)。就要求在設(shè)定方案時(shí)，要對這些方面尤為重視，例如降低變形需要的力，提高成型的成功率，確保質(zhì)量的穩(wěn)定等。

3 研究螺旋傘齒輪精鍛工藝的方法

人們已經(jīng)不再將精鍛螺旋傘齒輪其簡化為二維，或?qū)ΨQ問題進(jìn)行近似的處理，而是屬于一個(gè)三維空間下的不穩(wěn)定塑造成形的過程。這就要應(yīng)用三維有限元數(shù)值模擬，從而發(fā)現(xiàn)成形流動所存在的一些普遍性規(guī)律，以避免成形中會遇到的問題，例如內(nèi)部應(yīng)力和質(zhì)量的缺陷以及模具載荷和應(yīng)變分布等方面的狀況，形成具有理論價(jià)值的分析數(shù)據(jù)和結(jié)論對現(xiàn)實(shí)進(jìn)行指導(dǎo)。伴隨著軟件和技術(shù)的發(fā)展，日后該模擬實(shí)驗(yàn)方式會為精鍛成形技術(shù)提供強(qiáng)有力的理論保障和技術(shù)支撐。

除了剛才我們所提到的實(shí)驗(yàn)方法，我們的研究還可以利用等溫壓縮進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過分析齒輪材料的流變應(yīng)曲線，分析出速度及溫度和變形量等對塑性所產(chǎn)生的影響。最后根據(jù)結(jié)果，其中等效立場、變形速度及溫度的作用規(guī)律，從而制定出具有價(jià)值的鍛壓參數(shù)。將參數(shù)放入到有限元數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)當(dāng)中去，通過模擬進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，最終得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，達(dá)到提升生產(chǎn)率、降低成本的目的。

4 螺旋傘齒輪精鍛展望

隨著日新月異發(fā)展的科技，精鍛螺旋傘齒輪的技術(shù)也會伴隨著加工技術(shù)的提升以及模具材料優(yōu)化和加工水平的提高，得到長足的發(fā)展與飛躍。由于該產(chǎn)品的需求量較大且用途廣泛使得該工藝的研究受到各國專家的重視。很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無切或少切既能進(jìn)行齒輪精鍛的技術(shù)，并且能夠在裝配中使用。有些國家精鍛的螺旋傘齒輪已經(jīng)可以廣泛滿足汽車制造業(yè)的需要，精度得到了保障。就齒輪鍛造技術(shù)而言，冷擺輾技術(shù)也是一個(gè)較為可行的方法和技術(shù)，其生產(chǎn)的零件具有表面精細(xì)，且保障了產(chǎn)品的精度。未來而言，冷擺輾技術(shù)可能是日后精鍛螺旋傘齒輪的又一有效途徑和辦法，現(xiàn)在已被各國的研究和重視。

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