郝 喆

（西安理工大学，陕西西安 710048）

对现阶段的弧齿锥齿轮利用进行分析发现其在实践中可以实现比较大的荷载传递，而且工作的平稳性突出，噪声小，振动也比较小，所以其成为汽车、飞机等动力传递中的核心零件。正是因为弧齿锥齿轮的地位突出，使用价值巨大，所以其质量会直接影响到整机的质量和机械自身使用的安全性。出于弧齿锥齿轮使用稳定性和安全性的考虑，需要对其生产进行质量控制。在传统生产中，弧齿锥齿轮的加工工艺是切削加工，这种加工方式切断了金属纤维，破坏了连续性，所以齿轮的寿命会降低。相比于传统工艺，塑性成型齿轮解决了传统工艺的缺点，齿轮的强度、齿面的耐磨能力等明显提升，所以塑性成型工艺的具体利用对齿轮自身的质量提高和性能优化有积极的意义。

1 弧齿锥齿轮加工存在的问题

对弧齿锥齿轮的加工做具体的分析会发现其挤压和直齿锥齿轮相比难度要大得多，所以在精挤的时候，通常的闭式模具是无法使用的。早期的弧齿锥齿轮挤压主要利用的是开式模具，而利用此种模式生产的弧齿直齿轮，其内外存在着飞边，这种情况会导致如下的问题。

1）飞边会造成材料的浪费，这对于经济性生产和绿色生产而言是非常不利的。

2）飞边会增加所需要的变形力，这种情况容易引发零件齿大端齿顶和小端齿顶出现缺肉的情况。

3）因为齿轮大和飞边厚的原因，切边设备的吨位会被 增大。

4）在挤压变形力比较大的情况下，模具受到超负荷冲击的影响容易出现断裂失效问题。

5）坯料在粗挤之后需要进行切边、冲连皮，而零件的温降过大，所以需要进行加热后方能进行精挤压。总之，对传统的弧齿锥齿轮加工进行分析发现，模具利用不科学会导致多方面问题，所以需要基于模具进行新工艺的分析与利用。

2 弧齿锥齿轮新工艺

传统工艺会导致飞边的出现，而飞边又会对弧齿锥齿轮的加工与利用产生诸多不好的影响，所以必须要对工艺进行改变与革新，这样，相应的问题才会得到解决。

2.1 要实现生产无飞边，需要执行如下新工艺

（1）对原材料进行目测和检查，保证原材料本身的质量，然后在检查的基础上对其进行常规的理化检测，获得准确的材料参数。

（2）进行剪切和下料。

（3）进行加热。如果坯料较少，可以不采取氧化加热。

（4）进行制坯。制坯主要涉及镦粗、冲孔和扩孔三方面内容。

（5）进行粗挤压。

（6）进行精挤压。在挤压之后需要进行表面的清理，之后再进行加工以及加热处理，弧齿锥齿轮可以检验入库。就工艺的具体利用来看，该工艺的创新之处在于仅需要经过依次加热就可以实现粗挤压和精挤压。闭式精挤压和开式精挤压比较，其显著的优势是节省了粗挤压之后的切飞边工作，而且还减少了一些工序，这样的结果不仅实现了钢材的节省，还降低了能源消耗，这对于人员和设备耗损有积极的意义。

就新工艺的具体利用来看，该工艺能否顺利实施，关键性因素是成型的温度。在实践中，成型温度的确定需要遵循三个基本的原则：

2.2 成型温度的确定

（1）要选择在金属材料塑性好，变形抗力显著下降的温度范围内进行成型。

（2）需要选择在金属材料发生剧烈氧化前的温度范围内成型。

（3）需要选择在金属材料成型后能强化并且不改变组织结构的温度内成型。基于具体的原则进行温度成型的基本分析，这样可以为成型温度的准确界定提供参考与帮助。

以40CrMnTi为例进行分析，对其的温度-强度关系曲线进行绘制可以发现在温度升高的情况下，变形抗力会呈现逐渐降低的趋势。在300℃左右的时候，曲线的下降趋势会出现明显的反弹，这说明在这个阶段，金属的变形抗力有了明显的增大，其强度也在显著的增加，而且其伸长率和断面收缩率有了显著的减小，换言之，其塑性有所下降。基于实践经验来看，在塑性成型的时候需要尽可能的避开此温度。

从具体分析来看，在温度不断升高的情况下塑性指标有了显著的提升。尤其是在温度达到600℃的时候，金属的强度会发生显著的下降，此时相应的塑性指标会显著上升，金属的流动性也会得到显著改善，这对于塑性帮助巨大。为了满足挤压时对刚塑性的具体要求，在高强度材料挤压的过程中需要选择在钢的相变温度上进行挤压，这样，挤压成型的效果会更加显著。

对材料进行继续加热分析发现，在温度达到800℃的时候，金属的氧化会变得非常强烈，在剧烈氧化的情况下，氧化皮的产生会对模具型腔造成磨损加剧，此时工件的尺寸精度以及表面的粗糙度值等均会受到很大的影响，所以此温度是不适合塑性成型的。综合来讲，将40CrMnTi的塑性成型温度确定在600～800℃是非常科学的。

3 模具结构

从新工艺的具体利用来看，在新工艺实施的过程中需要将传统的开式模具更换为闭式模具，所以为了实现模具的准确利用，需要对模具结构进行分析。

以用于螺旋压力机上的螺旋齿轮闭式预加压模具结构为例进行分析，因为零件齿的大段顶部和小端顶部成型比较的困难，所以在上模位置进行齿模的调整安装，这样，零件齿部的成型会更加的简单。与此同时，因为零件和齿模的接触时间比较短，所以齿模不会出现升温过高的情况，这样，齿模退火和热疲劳早期的失效情况可以有效避免。

对具体利用的模具进行分析，模具使用上、下凹模水平对分的预应力进行凹模结构和锁扣导向的组合，在组合后，凹模和模芯需要保持浮动状态。对齿模的外环、内环等采用预应力过盈配合的方式可以形成组合齿模。

对模具结构进行具体的分析，发现其在使用中具备四个方面的突出特点：

1）模具上下位置的导向准确性突出，没有错移的情况，而且上模和锻坯在未接触之前，锁扣在没有横向作用力的情况下可以实现自由的导入，这样有效规避了锁扣的磨损以及磕伤，模具整体利用的位置准确性更加突出。

2）坯料的定位具有迅速性和准确性。从具体的定位分析来看，锻坯可以依靠模具和自身的形状实现快速定位，在不需要人工目测定位的情况下，锻坯便可以保证定位的迅速性和准确性，节约了摆放锻坯的时间，而且可以规避锻坯偏置的问题。

3）在进行粗挤压的时候，因为齿模在上模，齿模与热挤压件接触的时间比较短，齿模升温比较小，所以齿模退火和热疲劳失效的问题有效规避。

4）在实践中采用的是浮动凹模和浮动模芯的方式，金属的变形主要是在封闭的模腔中完成的，所以挤压件不存在连皮和飞边的情况，这样的方式一方面是降低了材料的消耗，同时还降低了挤压变形力。不仅如此，粗挤压后还不需要进行冲连皮、切飞边以及再加热便可以开式精挤压，能源得到了有效的节约。

总之，新模具本身的结构特点显著，在具体的成型工艺使用中，其改变了传统生产的不足，实现了生产的经济性和绿色化，所以在当前实践中，新磨具利用广泛性不断加强。

4 结束语

综上所述，弧齿锥齿轮在现阶段的实践中有着重要的利用，而且其往往具有关键性价值，所以其质量问题会直接对机械的运行效果和安全造成影响，基于此，控制弧齿锥齿轮的质量便有了突出的现实意义。从传统的工艺使用来看，开式模具在生产弧齿锥齿轮的过程中存在着诸多不足，这些不足引发的问题对弧齿锥齿轮的现实影响比较显著，所以基于模具的改善对弧齿锥齿轮的塑性成型工艺进行分析与讨论，可以为实践提供帮助。