半轴直齿锥齿轮安装面上油槽的净成形锻造

2018-05-29孟江涛洛阳华冠齿轮股份有限公司

锻造与冲压 2018年7期

文/孟江涛·洛阳华冠齿轮股份有限公司

差速器行星、半轴直齿锥齿轮是车辆传动系统中的关键零件，无论车辆的双级桥还是单级桥，其内部差减总成中都有一套差速器行星、半轴直齿锥齿轮，在传动系统中发挥着至关重要的作用。

为了确保差速器直齿锥齿轮在啮合传动过程中，处于良好的工作状态，其齿轮的安装面与差壳内的易损件——垫片之间的润滑就显得极为重要。在往年的新产品开发过程中，经常会遇到一些按照常规思路和常规工艺，不能优质高效实现图纸要求的结构或尺寸，因此需要利用创新的思维，另辟蹊径来保证图纸的结构和尺寸，达到实物的功能要求。

工艺对比

商用重载车部分桥型的差减总成中，有几种与差速器行星齿轮相啮合的特殊半轴直齿锥齿轮结构。安装基准面上的蝴蝶形油槽结构（图1），按照常规机加工工艺是很难实现的，只有通过特殊工艺，要么利用数控铣按照三维造型所生成的程序铣削加工，要么通过电腐蚀方法采用电火花机床使用紫铜电极电蚀加工，这两种加工方法效率低、成本高，在企业内大批量生产时极不适宜。

图2所示的双曲线油槽结构，按照常规机加工艺是能够通过车加工实现的，但需要设计、制作特殊工装夹具，通过手动方式装夹、紧固，车削完一条油槽后，需要拆卸、换向，车削另一条油槽。尽管技术人员，经过认真思考和研讨，设计的工装可一次性装夹五、六件，但这仅节省了机加工时间，而辅助时间所占比例较大，效率仍然很低。另外，这两种结构半轴齿轮的外圆上均有两对称扁，且此扁与安装面上的油槽均有相对位置约束，按照传统工艺是先在卧式铣床上，利用锥齿齿形定位，铣削两扁，然后再在电火花机床和车床上，腐蚀和车加工蝴蝶形和双曲线油槽，这样加工油槽前装夹工件时，就要特别注意铣扁位置的固定性，否则将会出现油槽和外圆扁的错位，造成废品。

创新工艺

轴颈上外圆扁及与之垂直端面上双曲线油槽的净成形锻造，就是为了克服现有技术的不足，而提供一种效率高、节约原材料、刀具消耗少、降低制造成本的最优化工艺方法。前述的半轴齿轮轴颈外圆扁及端面蝴蝶形油槽或双曲线油槽的结构，即为该工艺方法运用于实际生产的案例。

图1 安装基准面上蝴蝶形油槽结构

图2 双曲线油槽结构

净成形锻造方法

半轴齿轮轴颈外圆扁及端面双曲线油槽近净成形锻造方法，是通过以下步骤实现的：

⑴根据差速器半轴齿轮产品图纸及结构，严格按照图纸尺寸（特别是外圆扁及端面双曲线油槽尺寸），利用三维软件对零件图进行三维实体造型，生成冷态的零件三维实体。

⑵结合锻造条件及机加工情况，在外圆及安装基准面上预留适当的机加工余量，参考被锻造材料的膨胀系数及锻造温度，计算出所需锻造温度下的收缩率，对冷态的零件三维实体锻件进行膨胀，生成热态的实体锻件，然后由热态实体锻件转生成热态专用下凹模实体造型（图3）。

⑶将热态专用下凹模实体造型编程后在数控铣上，热处理前先粗铣加工型腔，热处理后再精铣加工型腔，至此热态专用下凹模已加工成形。

⑷将成形凹模以及下顶杆、上模垫板、上模套、下模套、上齿形模安装、紧固于锻造设备上，分别校验粗锻、精锻上齿形模的齿槽和专用下凹模铣扁位置的对应关系一致，局部装配图如图4所示。

图3 热态专用下凹模实体造型

图4 局部装配图

待校验符合要求后，即对模具进行预热处理，待模具预热至特定温度范围即可进行锻造。该净成形锻造工艺一般采用一次加热，分粗锻、精锻两次成形，最终完成锻件的精密成形，粗锻造时只是预成形，渐开线直齿锥齿充满程度达到70%～80%即可。在锻件总厚度上，一般不留下压量，而在安装基准面即含有油槽的端面上，必须预留一定的下压量，供二次精密成形时，有足够的所需材料及金属流动空间，便于锻件充填饱满。

⑸将锯切合格的棒料段置于中频感应加热炉中，根据棒料规格调整进料频率，将加热至所需锻造温度的料块先置于粗锻生产线的下凹模中，启动已调节好打击力的锻造设备，对料块进行一次性打击，然后在设备上滑块回升的过程中，启动顶料装置，使得粗锻半轴齿轮热态锻件及时被顶杆顶出下模腔，利用人工或机械手取走粗锻半轴齿轮热态锻件。

⑹将粗锻半轴齿轮热态锻件置于精锻生产线的下凹模型腔中，启动已调节好打击力的锻造设备，对粗锻半轴齿轮热态锻件进行二次打击，然后在设备上滑块回升的过程中，启动顶料装置，使得半轴齿轮精锻件及时被顶杆顶出下模腔，利用人工或机械手取走锻造完成的差速器半轴齿轮热态锻件，最终冷却后的精密锻件如图5所示。