變速箱齒輪油槽鍛造成形工藝開(kāi)發(fā)

文／余意，李文新·陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

此前，我公司齒輪產(chǎn)品上的油槽均為齒輪鍛造完成后機(jī)加工銑出油槽，這樣既增加了銑油槽成本，又影響交付進(jìn)度。但鍛造油槽，油槽深度很難保證，且沖孔時(shí)容易導(dǎo)致油槽變形，本文針對(duì)鍛造油槽的重難點(diǎn)介紹了變速箱齒輪油槽的鍛造成形工藝，以及鍛造油槽中存在的問(wèn)題和解決方法。

變速箱齒輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要變速箱油進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，尤其是齒輪和軸承的接觸面，當(dāng)潤(rùn)滑不足時(shí)，會(huì)造成軸承端面燒蝕而過(guò)早失效。為保證齒輪在工作時(shí)獲得足夠的潤(rùn)滑，設(shè)計(jì)時(shí)，在齒輪端面上設(shè)計(jì)油槽，起到通油的作用。

齒輪油槽的結(jié)構(gòu)

變速箱型號(hào)不同，擋位不同，對(duì)應(yīng)的油槽結(jié)構(gòu)也不同。根據(jù)油槽形狀的不同，變速箱上齒輪油槽結(jié)構(gòu)可分為以下5種形式（圖1）：⑴單槽油槽；⑵雙槽油槽；⑶螺旋油槽；⑷十字油槽；⑸交叉油槽。根據(jù)齒輪兩端面是否都有油槽，亦可分為兩種結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蚊嬗筒酆碗p面油槽。

成形方式

三種成形方式

齒輪上油槽的成形方式有如下三種：

⑴齒輪鍛造完成后冷壓或熱壓出油槽，此方式須配有獨(dú)立的油壓機(jī)或增加壓油槽工序，且需要專門的壓油槽模具；

⑵齒輪鍛造完成后機(jī)加工銑出油槽，此方式增加了機(jī)加工和運(yùn)轉(zhuǎn)成本，影響交付進(jìn)度；

⑶油槽鍛造成形，此方式直接利用齒輪鍛造模具，在完成齒輪坯鍛造成形的同時(shí)，一次性完成油槽鍛造。從成本和交付進(jìn)度方面考慮，油槽直接鍛造成形更經(jīng)濟(jì)。

油槽鍛造成形分析

油槽鍛造成形，存在如下問(wèn)題：

⑴產(chǎn)品上的油槽深度大多只有1～2mm，且深度尺寸公差小，但鍛件厚度公差較大，可能導(dǎo)致機(jī)加工后無(wú)法滿足油槽深度尺寸要求。

⑵若油槽在下模，在沖孔工序，因沖孔擠壓，會(huì)將料擠壓到油槽處，油槽靠近內(nèi)孔處會(huì)凸起，導(dǎo)致油槽變形嚴(yán)重。

下面，將針對(duì)單面油槽、雙面油槽分別就上述兩個(gè)問(wèn)題的解決方法進(jìn)行闡述。

圖1 齒輪油槽的結(jié)構(gòu)

單面油槽的成形及控制

只有齒輪的一個(gè)端面上有油槽，此類產(chǎn)品的油槽鍛造相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

針對(duì)由于鍛件厚度公差大導(dǎo)致油槽深度尺寸無(wú)法保證的問(wèn)題，可根據(jù)油槽所在的端面，確定機(jī)加工定位面，這樣，就可使帶油槽的端面的機(jī)加工去除量保持一致，從而保證油槽深度。

針對(duì)油槽變形問(wèn)題，由于變形多因沖孔導(dǎo)致，且多在下模，因此對(duì)于單面油槽，在沖孔工序，可將帶有油槽的那一面朝上，從而防止油槽變形。

雙面油槽的成形及控制

齒輪兩端面都有油槽，上述問(wèn)題就會(huì)表現(xiàn)得尤為突出，目前常見(jiàn)的解決辦法為只鍛出其中一面油槽，另一面采用機(jī)加工銑油槽。這樣，控制起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，但依然需要增加銑油槽工序，增加機(jī)加工成本，而且還會(huì)增加流轉(zhuǎn)時(shí)間，因此該方法不是最經(jīng)濟(jì)的。

雙面油槽深度的控制

直接鍛出雙面油槽，若鍛件厚度公差控制不合理，如鍛件厚度尺寸偏上差，后加工的那一面的機(jī)加工去除量就大于設(shè)計(jì)值，從而導(dǎo)致油槽深度尺寸偏小，嚴(yán)重的可能會(huì)將油槽面車平，因此控制鍛件厚度公差尤為重要，從以下幾個(gè)方面入手：

⑴合理控制下料重量。目前，齒輪類鍛件多為閉式鍛造，即整個(gè)鍛造成形過(guò)程中，金屬是在一個(gè)封閉的模具型腔內(nèi)流動(dòng)成形的，根據(jù)體積不變?cè)恚铝现亓康钠顚⒅苯芋w現(xiàn)到鍛件厚度上，從而導(dǎo)致鍛件厚度偏差不可控。以圖2所示的某客車變速器上二軸齒輪為例，若下料重量偏上差30g，鍛件厚度就會(huì)偏上差1mm。我公司采用日本萬(wàn)陽(yáng)的高精密剪床下料，下料重量偏差可控制在±10g以內(nèi)。

⑵合理設(shè)計(jì)模具上油槽的深度。由于鍛壓機(jī)上生產(chǎn)的鍛件，厚度多會(huì)超上差，且批量生產(chǎn)時(shí)模具上的油槽結(jié)構(gòu)容易磨損，因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，須在原有油槽深度的基礎(chǔ)上適當(dāng)加深，規(guī)定如下：對(duì)于機(jī)加工定位的那一面，可在油槽深度上加深0.3～0.5mm，非機(jī)加工定位的那一面，可加深0.7～1mm。

雙面油槽沖孔變形的控制

⑴如果沖孔時(shí)油槽與內(nèi)孔有一定距離（單邊≥3mm），可在沖孔凹模刃口處做出凸起，將油槽保護(hù)在變形區(qū)外（圖3）。這樣，即使沖孔變形，也不會(huì)影響油槽的尺寸、形狀。

圖2 某客車變速器上二軸齒輪

圖3 沖孔凹模刃口做凸起

⑵如果油槽直接與內(nèi)孔相通，無(wú)法在沖孔凹模刃口處做凸起，將油槽保護(hù)在變形區(qū)外，可從兩個(gè)方面入手解決沖孔時(shí)油槽變形的問(wèn)題：

1）沖完孔后壓油槽：利用沖孔切邊順序模的結(jié)構(gòu)，沖完孔后在切邊工序壓出油槽（圖4）。這種方法的優(yōu)點(diǎn)：沖完孔后壓油槽，油槽不會(huì)變形，尺寸穩(wěn)定。但缺點(diǎn)是增加一個(gè)工步，當(dāng)采用手工操作時(shí)，操作不太方便，且生產(chǎn)效率低。

2)設(shè)計(jì)新的彈性沖孔模結(jié)構(gòu)（圖5），使鍛件在沖孔過(guò)程中始終處在被壓緊狀態(tài)，可有效預(yù)防沖孔變形，壓緊裝置應(yīng)同時(shí)具有浮動(dòng)及壓緊兩種功能，以提供足夠的退件力，保證沖孔后順利退件。

圖4 沖完孔后壓油槽

圖5 彈性沖孔模

結(jié)論

⑴單面油槽可利用合理確定加工面的方法保證油槽深度，利用將沖孔時(shí)油槽面朝上的方法防止油槽變形。

⑵雙面油槽的油槽深度控制：1)合理控制下料重量；2)合理設(shè)計(jì)模具上油槽的深度。

⑶雙面油槽沖孔變形控制：1)在沖孔凹模刃口處做出凸起保護(hù)油槽；2)利用沖孔切邊順序模的結(jié)構(gòu)，沖完孔后熱壓油槽；3)設(shè)計(jì)新的彈性沖孔模結(jié)構(gòu)，壓緊狀態(tài)下沖孔。