齿轮的成型工艺浅析.doc

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1、齿轮的成型工艺浅析摘要：本文阐述了传统齿轮冷精锻加工工艺的制定步骤，运用分流成型原理，采用徹挤复合工艺，一次成形高精度上下两段齿形；对成型工艺进行有限元分析以验证工艺的可行性；同时配合工艺要求，设计了高强度模具结构。关键词：冷精锻加工，分流成型，有限元分析1.刖§冷精锻是一种（近）净形成形工艺。采用该方法成形的零件强度和精度高，表面质量好，持续不断的工艺创新推动了冷挤压技术的发展，80年代以来，国内外精密锻造专家开始将分流锻造理论应用于正齿轮和螺旋齿轮的冷锻成形。分流锻造的主要原理是在毛坯或模具的成形部分建立一个材料的分流腔或分流通道。锻造过

2、程中，材料在充满型腔的同时，部分材料流向分流腔或分流通道。分流锻造技术的应用，使较高精度齿轮的少、无切削加工迅速达到了产业化规模。为了适应现代生产对锻模开发的短周期、高质量、低成本要求，将先进的设计理论与方法以及计算机技术，尤其是CAD技术的引入传统的锻模设计过程是锻模设计领域的必然趋势。模具CAD技术以其高自动化、高精度和高效益等优势正持续推动着传统的模具设计与制造方法的变革。2.设计所做的主要工作2・1•分析传统齿轮的工艺特点传统齿基木形状为上下两段齿轮，上下段齿轮连为一体，特别是对于下段齿轮机械加工相当困难；另一方面，虽然上下齿形在功能

3、上并不需要有位置度关系，由于上段齿轮的小径和下段矩形齿轮的大径基本一致，为防止两者干涉，在成型过程中，必须考虑两者的位置度有定位关系。2.2.Z18齿齿厚参数关系的计算及零件三维造型根据厂商所提供的数据：锻件的设计零件的传统齿直接冷锻成型，齿形部分是该零件的关键部位，其精度耍求也最高，因此模具的精度耍求也相为高，有一定难度。锻件形状设计锻件图：（见图2,图3）2.4.1艺步骤的设计该零件的成形是利用分流成型原理的徹挤复合成型工艺。下段矩形齿和上段18齿渐开线齿形同时成型，徹挤复合成型。此种成型工艺方法由丁材料流动较大，模具受力比较复杂，模具磨

4、损会较大，维修费用会较大，但零件成型精度较高，适合批量生产。2.5.CAE分析及缺陷预测通过上而对零件工艺的分析和理论计算，一次冷锻成型是可行的，为了进一步验证和发现成型中可能存在的问题，利用体积成型有限元分析软件对零件冷锻过程进行了模拟分析。从图6屮可以看出冲头的徹粗力为794KN,比计算的664.9KN要略大一些，次工艺为徹挤复合成型，模拟过程中也可以很明显看出上段齿面和下段齿面同时成型，保证在齿腔完全充满的条件下降低工作压力，是解决齿轮冷精锻问题的关键所在。在锻造过程中，减缩比R与毛坯全表面积A和与模具不发生接触的自由表面积S有关，即模

5、锻减缩比。随着加工过程的进行，未充填部分的自由表面积S不断减少，减缩比R不断提高，锻造载荷亦不断提高。材料难以完全充填整个型腔，这也是冷精锻的致命弊端。改变加工方法可有效解决这一问题。分流锻造就是在锻件某一位置设置溢流口，使材料在充填型腔过程中始终有自由流动的余地，从而增加工件自由表而，控制模锻减缩比的提高，抑制工作载荷的增加。是由于模拟过程中的材料和摩擦系数以及其它成型因素与理论计算的并不完全一致，与实际成型的情况也有一定区别。有限元分析提供的结论实际上是一种趋势和可能性的分析，不能完全等同于试锻结果。模拟中零件的应力状态如图7：可以看出冷

6、锻过程中应力较为集中的区域是齿形大径部分，因此在模具制造的工程中，尤英要注意该齿形部分的圆角连接与表面光洁度。通过分析可知道上段齿形大径部分容易产生模具寿命的问题，因此，建议在凹模设计时采用分割凹模，释放应力集中参见图9。通过有限元分析，证明此种工艺方案是可行的。2.6.模具设计2.6.1.模具总装图的设计模具采用4根导柱（导套）导向装置，这样导向性能好，增加了刚度,保证冲头、凹模间隙均匀，减少由于偏心负荷时产生的弯曲力矩损坏冲头的危险，提高锻件的精度。冲头采用大摞母固定，其优点是简单，实用,可靠，装卸零件方便。装配图如下：2.6.2.预应力

7、组合凹模设计由于组合凹模采用过盈配合，装配前预应力圈的内径略小于凹模外径。装配时采用强力压合或“红套”等方法使预应力圈和内凹模箍紧在一起，两者之间产生了接触预应力。根据上面的结构分析和零件提供的信息，设计第一层外径尺寸为①34.Omm（为内径的1.56倍）,第二层外径尺寸为①51.0mm（为内径的1.50倍），第三层外径尺寸为^79.8mm（为内径的1・55倍）图9预应力组合凹模3•主要成果3.1分析了传统传动齿轮的工艺特点。完成齿形参数设计及零件图与三维造型3.2分析了传统传动齿轮精锻工艺，制定了锻造方案。3.3采用CAE有限元分析软件对零

8、件进行了产詁设计，受力分析及应力分析。预测锻件可能产生的缺陷，在齿轮的大径与小径交接出提出改进措施。4.设计的创新点木文的创新点在丁：4.1.设计利用分流成型原理的