雷海峰 张召庆 柏秀泉

摘要：汽车后桥从动齿轮作为汽车的主要传力零部件，需要具备高抗剪切，高抗冲击及高的抗耐磨性。根据实际使用过程中的受力情况可以将其认为是一类锻件。本文根据锻件的成形过程及金相组织相变过程及模具的设计过程对齿轮想性能影响程度进行了详细研究。

关键词：汽车后桥；齿轮；锻造

一、从动齿轮模锻成形过程分析

从动齿轮是轴对称类锻件，变形过程为将圆柱形坯料变形为环形锻件，如图1所示。

从动齿轮的变形分为三个阶段：一、自由镦粗阶段（H1）；二、金属填充至充满阶段（H2）；三、锻件符合设计阶段（H3）。总的行程为H1+H2+H3。

第一阶段（H1）

上下模槽与坯件接触至坯料与槽边桥部接触。因为此阶段的变形抗力很小，所以需要让金属尽可能的充满整个模槽的型腔。使坯料的截面积几乎等于型腔的投影面积。

第二阶段（H2）

完成第一阶段后，金属会进一步横向流动形成飞边。此阶段的变形抗力会随着H2过程的进行不断增加，因此在进行模具设计时，需要最大限度的减少锻造所做的变形功，以减少金属的流动阻力。

第三阶段（H3）

第二阶段完成后，型腔内已经充满了金属。第三阶段所做的工作为将多余金属挤入飞边槽内。达到型腔上下槽模面的閉合，进而形成合格的锻件。H3阶段的变形力、变形功以及材料损耗都是很大的，因此需要尽量减少H3阶段。其中零件的几何形状及零件的复杂系数对H3的影响巨大，因此我们着重对其进行研究。

如图2所示的飞边槽，其中桥部的阻力会随着b/h的增大而增大。为了便于整个锻件充满型腔需要对复杂的零件的b/h取大值；对简单的零件的b/h取小值，以达到图纸的设计要求。初次将从动齿轮锻模的槽部b/h设计为8，此时的锻件很难靠合，因而造成锻件的不合格，增加了锻件的加工余量。此外，由于锻件的很难靠合也大大增加了锻件的锤击次数，降低了模具的寿命。

将从动齿轮的槽部尺寸b减小，将b/h减小至3.5，收到了很好的效果。即保证了锻件的成形准确又减少了锤击次数，增加了模具的寿命。

二、从动齿轮模锻中折叠产生原因及其防止措施

结合实际情况，从动齿轮用20CrMnTi进行试制。在试制过程中锻件的内缘与转接处产生了折叠，如图3所示。

以上实验证明，要保证材料完整的充满整个型腔而又不发生折叠现象，选择d1=150mm原材料是最好的。

此外，工人的锻造技术水平也对锻件的折叠会产生重要的影响。工人锻造水平较高，在锻造过程中开始只轻轻的锤击，然后再重重的锤击，如此操作不易产生折叠，同时还能使锻件完整的充满整个型腔。如若开始锻造的时候就重击，折叠现象会非常的严重，锻件不但不能完整的充满整个型腔，而且会使得金属外流而无其他的金属进行型腔填充。

三、锻件内部的质量控制

1、锻件的内部质量

锻件的内部质量是指在锻件正火处理后，锻件内部的金相组织，整体硬度及锻件的均匀性和综合力学性能。

从动齿轮的材质为20CrMnTi，正火处理后得到的金相组织为铁素体和片状珠光体的机械混合物，硬度170-207HB，抗拉强度为885MPa、延伸率为12%。若这些指标达不到要求将直接影响齿轮的使用性能。若硬度超出指定的要求，将出现贝氏体组织，增加加工成本；若

硬度较低，则零件的表面粗糙度很难达到要求；因此需要对其组织性能进行很好的评估，保证其后期的持续使用。

2、防止锻件的脱碳现象

锻件的脱碳现象是由于对零件的加热不当引起的，脱碳将导致机械加工余量减少以及零件内部组织不均匀的现象发生。从而引起零件的力学性能下降，造成齿轮的过早失效。究其脱碳原因是由于锻造加热时，加热时间过长导致的。因此需要采用首先在低温炉内保温，再将其转至高温炉内加热的工艺进行处理，防止脱碳现象的发生。

四、总结

（1）首先分析了从动齿轮在锻造过程中的金属流动，进而分析了飞边槽桥部尺寸的关系，为锻件成形奠定了理论基础。

（2）分析了从动锻造齿轮产生折叠现象的原因，并进行了不同直径齿轮的折叠现象实验，由实验得出从动齿轮直径是150mm时，能够很好的克服折叠现象的产生，从而保证齿轮质量。

（3）锻造质量的控制，分析了产生锻造质量的原因，从实际出发，制定了合理的锻造工艺，保证了锻造后的齿轮质量。

参考文献

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[2]陈鹏，舒义明.汽车变速箱齿轮加工工艺及设备[J].天津汽车，2012，07：56.

[3]王政.汽车齿轮的加工工艺及发展趋势[J].现代零部件，2010，09：26-28.

[4]顾永生.现代汽车发动机制造工艺的发展动向[J].柴油机设计与制造，2010.

作者简介：雷海峰（1987-），男，汉族，重庆，工程师，硕士研究生，重庆集信机械有限公司，主要研究方向：现代制造技术与装备。

（作者单位：重庆集信机械有限公司）