一種新型結(jié)構(gòu)汽車(chē)變速器接合齒輪倒錐成形模具的研發(fā)

文/申加圣，董義，陶立平，王曉飛·江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司

一種新型結(jié)構(gòu)汽車(chē)變速器接合齒輪倒錐成形模具的研發(fā)

文/申加圣，董義，陶立平，王曉飛·江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司

本文通過(guò)模具設(shè)計(jì)與加工技術(shù)的創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出一種新型接合齒輪倒錐成形模具，實(shí)現(xiàn)接合齒輪齒向倒錐角度一次加工完成。齒部倒錐角度精度和疲勞強(qiáng)度顯著提高，其倒錐模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易、安裝方便、通用性好、精度高、互換性好、壽命高。

汽車(chē)行駛的速度調(diào)節(jié)是通過(guò)變速器中變速齒輪接合齒與接合套連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了防止汽車(chē)在行駛中脫擋，通常需將接合齒設(shè)計(jì)有倒錐角度，即接合齒沿軸線(xiàn)方向外端齒寬大于內(nèi)端齒寬。接合齒輪是自動(dòng)變速箱主要零件，其加工質(zhì)量決定自動(dòng)變速箱質(zhì)量，也決定著整車(chē)質(zhì)量。接合齒輪傳統(tǒng)加工方法是插削加工，盡管這種生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)切削成形加工，但是生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品精度差、耗材多，而且切削加工造成坯料的金屬纖維組織被切斷，顯著降低接合齒輪的疲勞強(qiáng)度，在使用過(guò)程中斷齒現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。同時(shí)在加工過(guò)程存在退刀槽，這不可避免的增加了軸向尺寸，對(duì)汽車(chē)變速器要求結(jié)構(gòu)緊湊性是極大不利因素。現(xiàn)有技術(shù)的倒錐模能夠?qū)崿F(xiàn)接合齒輪齒部倒錐成形，但是倒錐模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)模難度大、生產(chǎn)效率低、成形精度差、模具制作成本高，不適合大批量生產(chǎn)使用。

成形技術(shù)方案

本方案汽車(chē)變速器接合齒輪倒錐成形模具由倒錐成形組合上模與倒錐成形組合下模組成。倒錐成形組合上模由墊塊、上模套、彈簧和上模構(gòu)成。倒錐成形組合下模由壓板、導(dǎo)向套、倒錐齒模、徑向脹開(kāi)彈簧、徑向?qū)虬?、底座、定位銷(xiāo)、調(diào)整墊片和復(fù)位彈簧構(gòu)成。圖1所示為倒錐成形模具裝備圖。

具體實(shí)施方案：⑴該模具裝配于壓力機(jī)上，組合齒模的齒部按照工件接合齒齒形精確加工，工作時(shí)，將工件的接合齒部放入齒模的齒槽中，并彼此吻合；⑵在壓力機(jī)的作用下，倒錐上模先與工件上端面接觸，在彈簧壓力作用下工件與組合齒模緊緊地相貼在一起；⑶上模套下平面壓著組合齒模上端面，使所有齒片與工件同時(shí)沿導(dǎo)向套內(nèi)錐面向下滑動(dòng)，組合齒模在向下滑動(dòng)的同時(shí)沿徑向?qū)驂K60。錐面槽作徑向運(yùn)動(dòng)，從而完成接合齒齒部的倒錐成形；⑷壓力機(jī)滑塊上升，位于底座上的彈簧向上運(yùn)動(dòng)，齒片內(nèi)槽徑向脹開(kāi)彈簧向外徑方向回彈，帶動(dòng)徑向?qū)驂K、組合齒模、工件復(fù)位。

圖1 倒錐模具裝配圖

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

倒錐齒模

倒錐齒模分割成單個(gè)齒片，齒片數(shù)量與產(chǎn)品的齒數(shù)相同，齒片外側(cè)為上端面大于下端面的9?！?2。錐面；齒片內(nèi)側(cè)為倒錐角度工作齒模，齒模齒部設(shè)有軸向齒和齒槽，各個(gè)齒的兩側(cè)面設(shè)有錐度，齒部上部齒寬大于下部齒寬；齒片下端面為60。夾角的徑向?qū)蛐泵妫瑑蓮较驅(qū)蛐泵媾c齒片中心對(duì)稱(chēng)分布。齒片下端開(kāi)20mm×13mm的開(kāi)口槽，用于安裝徑向脹開(kāi)彈簧。倒錐齒模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 倒錐齒模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在倒錐齒模外側(cè)設(shè)計(jì)9?！?2。的錐面，不但可以提供足夠大的徑向分力，而且在沿錐面滑動(dòng)時(shí)很流暢，可以順利完成徑向擠壓倒錐成形，并且不會(huì)出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。

齒片可以單獨(dú)加工，在同一加工基準(zhǔn)下可以多加工2～4片備用齒片。在倒錐過(guò)程如出現(xiàn)個(gè)別齒片異常磨損或損壞時(shí)，可以更換備用齒片，不會(huì)影響倒錐質(zhì)量，此設(shè)計(jì)可以提高倒錐模具壽命2～4倍。解決現(xiàn)有倒錐模具只要一個(gè)齒片損壞，整副模具只能報(bào)廢的問(wèn)題。

齒片損壞形式一般為磨損，通過(guò)不斷試驗(yàn)，對(duì)齒片表面進(jìn)行氮化鈦或氮化鋁鈦等PVD處理，有效地減緩齒部磨損速度，可以提高齒片1～2倍的壽命。

導(dǎo)向套

導(dǎo)向套內(nèi)錐面為上端外接圓直徑大于下端直徑的正多邊形棱柱面，棱柱面數(shù)和倒錐齒模分割齒數(shù)一致，棱柱面為9?！?2。錐面并與齒片外側(cè)錐面相配，工作時(shí)做相對(duì)滑動(dòng)。圖3所示為導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖3 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

原有倒錐模具導(dǎo)向套與倒錐齒模一起配作加工，倒錐齒模一旦報(bào)廢，導(dǎo)向套只能跟著報(bào)廢，造成較大浪費(fèi)。倒錐模具部件不能通用，使每副倒錐模具加工時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。通過(guò)模具設(shè)計(jì)和模具加工技術(shù)創(chuàng)新，導(dǎo)向套設(shè)計(jì)為通用件并采用單獨(dú)加工，因此只要導(dǎo)向套錐面數(shù)與倒錐齒模齒數(shù)相同就可以通用。對(duì)導(dǎo)向套內(nèi)錐面進(jìn)行氮化鈦或氮化鋁鈦等PVD處理，有效地減緩錐面磨損速度，可以提高導(dǎo)向套1～2倍的壽命。

徑向?qū)驂K

徑向?qū)驂K上端面沿軸線(xiàn)開(kāi)60。的錐面槽，槽底寬為5mm，并且兩錐面與軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布，錐面槽數(shù)與倒錐齒模分割齒數(shù)一致。徑向?qū)驂K下端面沿中心分布φ31mm×6mm的孔，用于安裝頂出彈簧。圖4所示為徑向?qū)驂K結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

原有倒錐模具設(shè)計(jì)時(shí)，齒片為自由浮動(dòng)，以接合齒齒部來(lái)進(jìn)行定心，接合齒精整精度直接影響倒錐精度。在倒錐過(guò)程中的各部位的潤(rùn)滑狀況、各種雜質(zhì)進(jìn)入模腔均有可能影響倒錐精度，不可避免地造成產(chǎn)品徑向跳動(dòng)波動(dòng)大、可靠性差的問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，在徑向?qū)驂K設(shè)計(jì)了徑向60。錐面導(dǎo)向槽，組合齒片在倒錐工作時(shí)沿錐面槽作往返滑動(dòng)，使齒片的徑向定心穩(wěn)定可靠，消除倒錐生產(chǎn)過(guò)程中各種因素對(duì)產(chǎn)品徑向跳動(dòng)的影響。徑向?qū)驂K設(shè)計(jì)創(chuàng)新，使產(chǎn)品倒錐精度提高1～2個(gè)精度等級(jí)。

圖4 徑向?qū)驂K結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)向套與底座、徑向?qū)驂K均用銷(xiāo)進(jìn)行相關(guān)位置定位連接，使整個(gè)倒錐下模連接成一個(gè)整體，保證了倒錐模具在工作過(guò)程中穩(wěn)定可靠。底座下裝調(diào)整墊片用于調(diào)整齒片開(kāi)口量，合適的開(kāi)口量既可保證工件接合齒部能順利裝入齒模齒槽中，又可保證接合齒部在齒模齒槽中定位可靠、不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，保證倒錐成形要求。

結(jié)束語(yǔ)

新型結(jié)構(gòu)的汽車(chē)變速器接合齒輪倒錐成形模具經(jīng)生產(chǎn)試用后，完全達(dá)到使用要求，不但提高了產(chǎn)品精度，而且模具壽命長(zhǎng)、可靠性好，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用該模具生產(chǎn)的汽車(chē)變速器接合齒輪、倒擋齒輪、接合齒環(huán)等產(chǎn)品在國(guó)外市場(chǎng)中技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，得到國(guó)內(nèi)外整車(chē)制造商和動(dòng)力總成供應(yīng)商的高度認(rèn)可。