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齿轮冷锻成形在汽车齿形零件制造中的应用
2019-5-23    来源:    作者:佚名

冷锻成形是一种优质、高效、低消耗的先进制造技术,被广泛地用于汽车零部件的大批量生产中。随着冷锻工艺技术和精密模具制造技术的发展,汽车齿轮和齿形类零件的生产已越来越多地采用冷锻成形。当前国外一台普通轿车采用的冷锻件总质量(40—45)Kg,其中齿形类零件总质量达10Kg以上。冷锻成形的齿轮单件质量可达1Kg以上、齿形精度可达(DIN) 7级。随着汽车的轻量化和人们对环境保护越来越严格的要求,汽车齿轮制造业将更多地应用冷锻成形技术。 2.圆柱齿轮的挤压成形 圆柱齿轮的正挤压成形是应用最早的齿形成形工艺。典型零件是汽车起动电机起动齿轮(图1)和汽车传动轴花键。起动齿轮的模具结构和工艺过程见(图2、图3)。由于冷挤压过程是金属在高应力下的塑性变形,因此,冷挤压成形的起动齿轮组织致密,金属纤维连续,疲劳强度和耐磨性比切削加工的齿轮要高出许多。特别是冷挤成形的起动齿轮结构上一端封闭,为轮齿提供了额外的抗弯强度,最适合于汽车起动机频繁冲击和高载荷工况下工作。齿轮正挤压成形时,齿形凹模可以用高精度线切割机床加工。当齿形挤压模具采用高速钢材料,模具齿形制造精度达到(DIN)6级,在批量生产条件下,齿轮成形精度稳定达到(DIN) 8—9级。考虑到模具的弹性变形和磨损,在大批量生产时改用硬质合金模具并合理设计冷锻变形率,可使正挤压齿轮的齿形精度进一步达到(DIN)7—7.5级。成形模的齿形设计要考虑冷锻过程中模具的弹性变形和模具磨损的影响,对模具齿形加以必要的修正。由于在挤压过程中模具曲率大的部分磨损速率大于曲率小的部分,因此,采用标准齿形的齿轮挤压模齿顶处的磨损明显大于齿面和齿根处的磨损。如果对齿形作适当修正(图4),可使模具齿形获得均匀磨损的效果,从而得到较长的模具寿命。正挤压成形工艺的另一特出优点是模具齿形由数控线切割加工得到,在少齿数齿轮加工时通过编程即可获得理想齿形而不必担心根切。在加工特殊齿形或修正齿形场合,采用数控线切割加工齿形比齿轮的展成加工或仿形加工更方便、更快捷、更正确。 花键冷锻成形是齿轮正挤压成形的一个特例。渐开线花键的成形相当于挤压一个较长的正齿轮,矩形花键的挤压与渐开线花键的挤压相似。从另一方面考虑,小模数正齿轮可采用分割渐开线花键轴的方法来得到(图5)。 国内外汽车起动齿轮绝大部分用冷锻方法生产。本公司用冷挤压工艺生产摩托车花键轴,并用分割渐开线花键轴的方法生产小模数正齿轮。小齿轮每月产量达数万件,精度可达(DIN)7.5级,主要用于轿车起动电机行星减速系统。 齿轮正挤压成形的缺点是成形齿坯的头、尾有较大的塌角和过渡圆弧,因此齿轮两端面切削余量大,材料利用率不高,也影响了生产效率的进一步提高。另外齿轮端面切削后容易残留毛刺,而去毛刺是机加工中最伤脑筋的问题。另外,受挤压变形率的限制,并考虑到模具制造尺寸和冷锻压力机能力等因素,齿轮正挤压成形目前只应用于小规格小模数齿轮的制造。当然,比起切齿加工,齿轮挤压成形无论是在质量、效率和效益方面,都是一个飞跃 对于内齿轮的制造,可用齿形冲头反挤压成形。用该工艺可制造贯通的内齿轮(图6),也可制造底部不通的内齿轮(图7)。在后一种场合,齿轮冷锻成形不需要预加工退刀槽,因而在有限尺寸内可保证制出最大限度的有效齿形,从而可优化零部件结构,减小齿轮传动系统的尺寸并提高齿轮强度。 当代,齿轮的挤压成形技术已从正齿轮成形发展到了斜齿园柱齿轮和螺旋花键轴的挤压成形,齿形精度已达到(DIN)7级,能充分满足大部分汽车齿形零件的要求。冷挤压成形的齿形零件应用已从汽车起动电机、汽车摇窗机等外围部件发展到汽车转向机、汽车变速箱等关键总成上。

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