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浅析齿轮精密锻造的发展前景

来源: 时间:2013-10-19 11:17:10 次数:

齿轮精密锻造技术源于德国。早在50 年代,由于缺乏足够的齿轮加工机床,德国人开始用闭式热模锻的方法试制锥齿轮。其中的主要特征是使用了当时很新的电火花加工工艺来制造锻模的型腔。另外还对锻造工艺过程进行了严格地控制
齿轮精密锻造技术源于德国。早在50 年代,由于缺乏足够的齿轮加工机床,德国人开始用闭式热模锻的方法试制锥齿轮。其中的主要特征是使用了当时很新的电火花加工工艺来制造锻模的型腔。另外还对锻造工艺过程进行了严格地控制。在此基础上,齿轮锻造技术进一步应用到螺旋锥齿轮和圆柱齿轮的生产。但是在圆柱齿轮锻造中,由于金属材料的塑性流动方向与其受力方向垂直,所以其齿形比锥齿轮更难形成。60 年代开始圆柱齿轮的锻造研究,70 年代有较大的发展,这主要是受到来自汽车工业降低成本的压力。到80 年代,锻造技术更加成熟,能达到更高的精度和一致性,使锻造生产齿轮能在流水生产线上准确定位,适合于批量生产。

齿轮精密锻造的目的是直接生产出不需要后续切削加工的齿轮。如果能在室温下进行锻造,则齿轮的形状和尺寸较易控制,也可避免高温带来的误差。目前已有较多的锥齿轮和小尺寸的圆柱齿轮用这种方法制成。当整体尺寸适合时,还可以用冷挤压的工艺来制造圆柱直、斜齿轮。但大部分用于汽车传动的齿轮,其直径、高度比较大,不适合采用挤压工艺。如用闭式模锻,则需要很高的压力才能使金属材料流动并充满模具型腔,因而此类齿轮需要采用热锻或温锻工艺。而高温将带来材料的氧化,模具畸变,影响锻件的精度和表面质量。用附加的切削加工来修正这些误差难度较大,还要增加成本。特别是当使用后续磨削工艺来修正齿形上的误差,除增加成本和延长工时外,还存在磨削工艺中齿轮的定位问题。

目前,比较一致认同的工艺途径为热锻、温锻和冷锻的结合。热锻、温锻可实现高效能和材料的高利用率,冷锻过程则修正热、温锻过程的误差和提高表面质量。同时,冷处理工艺还能使轮齿表面获得残余压应力,提高齿轮的寿命。

经过多年在齿轮锻造方面的经验积累和近来用温锻加冷处理的实验,有如下总结:

1) 一套通用的模具可用于多种齿轮的精密锻造,并证明在单动单曲柄压机上行之有效;
2) 有成熟的设计方法保证齿轮热、温锻的精度和一致性,比如让轮廓尺寸具有011mm~012mm的冷加工余量;
3) 可用现代手段详细地分析冷成形(精整) 的过程,考虑多种影响因素,包括材料、几何形状及尺寸,模具的变形和润滑等等,从而精确地设计模具;
4) 热、温锻齿轮经过冷成形处理,可达到ISO6~5 的精度;
5) 在模具加工和模具及齿轮测量方面还有大量的工作要做。