汽车齿形零件挤压成型

汽车复杂齿形类零件的冷挤压成形 !"#$ %&’()*+", -"( !"./#0& 1""’2 3("-+#0 34(’* "- 5)’"."6+#0* 孟令先 宋学进 （ 郑州机械研究所） 摘 要： 用精密成形的方法——冷挤压工艺， — 将汽车用复杂齿形件的型腔及齿形挤压成形无需再机加工， 而 其余部分净成形或留少许加工余量即可达到零件使用要求。模具寿命高， 生产效率高特别适宜大批 量生产。 关键词： 精密成形 冷挤压 模具 难， 而且， 根据用户 提高精度减少余量” “ 的要求， 需要 将内孔挤压出来而不再机加工， 这样给冷挤压带来了 一定的难度——径向跳动如何保证？确定最佳的工艺 — 方案应该是采用尽可能少的工序， 以最低的材料消耗， 最高的生产效率和模具寿命， 使挤压件的质量符合设 计要求。因此， 对于该类齿形件 包括花键） 其挤压 （ ， 工艺为： 下料——制孔——软化、 — — 润滑——齿成形。 — 随着我国汽车工业产品的不断更新换代， 人们对 齿轮传动的承载能力、 寿命及可靠性的要求越来越高。 所以， 齿轮毛坯的加工在提高生产效率， 改善制件的尺 寸公差、 精度， 减少材料消耗， 降低零件的成本等方面， 已经成为齿轮生产的技术关键。 汽车零部件中的齿轮用量很大， 有些复杂齿形件 如： 汽车起动机起动齿轮轴、 单向器中的导向套筒、 驱 动齿轮、 花键轴等， 它们的结构特点都是无空刀槽、 齿 变位、 机械切削加工困难。冷挤压工艺是塑性成形技 术中的一种精密成形工艺， 具有尺寸精度高、 机械性能 好、 生产效率高、 成本低和材利用率高等优点， 特别适 合于大批量生产。因此， 我们采用冷挤压工艺方法来 成形那些复杂的齿形类零件， 以满足量大面广的齿轮 件的生产需要。 ! " 工艺分析 !7 !" 内齿类齿形件 如图 # 所示， 齿形件的内齿为渐开线小模数变位 齿轮， 齿多、 齿形窄、 齿顶尖， 型腔内曲面为阿基米德螺 线型花瓣， 壁厚不均匀， 机械切削加工难度很大。如采 用机加工与焊接相结合的工艺方法， 不但费时费料、 加 工成本高， 而且强度低、 整体精度差， 满足不了日益提 高的汽车综合性能的要求。根据该类齿形件的特点， 我们采用冷挤压工艺成形， 虽然符合塑性变形原理， 但 是也存在一些问题。该类零件在挤压过程中金属上下 流动会造成裂齿， 应想办法解决。还要尽量减少工序， 提高效率， 尽可能地净成形。否则， 将失去冷挤压成形 的意义。经过分析， 我们制定的工艺流程为： 下料—— — 缩径——镦粗——齿部成形。 — — !$ #" 外齿类齿形件 如图 % 所示齿形件， 因无空刀槽， 机械加工很困 ?" !! ? !" 模具质量控制 冷

挤压件的质量和精度完全取决于冷挤压模具的 质量和精度， 而模具质量的好坏则在于模具结构的设 计、 加工制造和装配。模具寿命问题一直是困扰冷挤 压加工的一个关键技术问题， 因为影响模具寿命的因 素很多。通过实践， 根据冷挤压工艺及挤压件的特点， 我们积累了以下模具加工制作的经验。 （$） 模架 # 冷挤压成形时必须有一副实 用 的 模 架， 该模架应有好的平行度、 同轴度， 并且模筒结构应 便于更换模芯部分。同时又能十分方便地调整模具间 隙， 以确保冷挤件的精度。 （%） 模芯部分的设计和加工制造# 为了保证模具 的精度以及更换和维修的便利， 我们将模具设计成分 体组合式。精确合理地设计组合模间的压合收缩量， 使其控制在 &’ %" ( &’ ! )) 之间。为消除模具压合时 的收缩变形量， 在模具零件的设计加工时就进行变量 补偿。如齿轮模的加工， 在线切割编程时就给予一定 量的修正补偿， 以期挤压出来的齿轮尺寸参数刚好符 合设计要求。该修正补偿量为 ! * （$! % ( $! "） + " " （ " 为变位系数， 为抛研量） 。为减小齿形模的表面 " 粗糙度值， 摸索普通线切割机床加工时的放电间隙、 走 丝速度、 钼丝直径等对模具加工面粗糙度的影响规律， 将模具线切割面的粗糙度值控制在 # $ * &! , !) 以 下， 从而达到减少抛研量——不破坏齿形的目的， — 即达 到高精度线切割的效果。 （-） 模具寿命 # 模具的使用寿命受制于 多 种 因 素。我们认为主要是模具材料。冷挤压所用的模具材 料， 必须具有好的韧性和高的强度。根据应用目的的 不同， 我们采用的凸模材料为 ./0.12-3%45， 模 为 凹 6712"/0!3%， 真空热处理。热处理硬度分别为 7& ( 7% 89/， ( 7& 89/。还有一个影响因素就是模具 "7 的结构——刃带和入模角的设计。刃带大了将增加阻 — 力， 加快磨损； 刃带小了， 起不到作用也会很快将工作 带磨掉。刃带一般为 % ( -: " ))； 入模角我们一般控 制在 $%; ( %&;， 以利于金属流动， 减少模具磨损。另 外一个影响模具寿命的因素就是毛坯的塑性。冷挤压 成形时的毛坯要有好的塑性， 可减小模具所受的变形 抗力， 从而达到提高模具寿命的目的， 所以需要对冷挤 压用毛坯进行软化退火处理。对于一般低碳合金结构 钢， 其退火工艺为： 升温至 ,7& < 保温 " ( , =， 然后随 炉冷却至 -"& < 出炉， 使退火硬度控制在 $-" 89> 以 下。 （!） 齿坯内孔的制备# 这也是影响齿轮精度和模 具使用寿命的一个因素。挤压齿轮的径向跳动与毛坯 内孔的精度有直接的关系， 内孔直 径与毛坯外径尺寸的大小将决定挤 压齿轮尺寸的合格与否。因此， 应

精确确定毛坯的内孔与外径尺寸。 根据体 积 相 等 原 则 及 金 属 塑 变 规 律， 总结得出经验公式为 % * & $ ? ’ + (， * & ) ? ( ? （ 见图 -） & * 。式中， ’ 为工艺 留 量， $ 为 齿 顶 圆 直 径， ) & & 为零件内孔直径， 为工艺间隙， 为径向收缩量。 ( * # " 批量生产应用及效益郑州机械研究所自 %& 世纪 .& 年代以来， 一直致 力于研究和开发金属的精密成形技术， 取得了丰硕的 科研成果。现顺应国家形势， 凭借其雄厚的技术力量 和精良的设备， 积极主动地寻找、 开拓市场， 已形成冷 挤压制品的批量生产能力， 生产的冷挤压齿形件品种 规格达 -& 余种， 深受用户欢迎。我们所成形的冷挤压 件， 多为成形难度大， 技术附加值高的复杂齿形件， 市 场前景广阔， 具有显著的经济效益和良好的社会效益。 用冷挤压工艺加工生产复杂的齿形零件， 缩短了 工时、 提高了材料的利用率、 减少了人力物力的浪费， 又提高了产品的精度和质量， 从而使得生产成本大大 降低， 经济效益显著。经过冷挤工艺成形的齿轮， 材料 组织致密、 耐磨损、 表面粗糙度好、 零件的尺寸同一性 好， 可以提高汽车零部件的使用寿命， 减少意外事故的 发生， 所以， 愈来愈多的汽车、 摩托车和农用车的齿形 件要求采用冷挤压工艺精密成形。 实践证明我们所设计的模具结构合理、 制定的工 艺参数正确， 完全适宜大批量生产， 模具使用寿命高， 平均在 , &&& ( %& &&& 件。随着市场需求的发展， 我们 正在积极地开发研究高精度齿轮的精密成形技术， 并 积极推广应用。 参 $# 考 文 献 杨长顺: 冷挤压工艺实践: 北京： 国防工业出版社， $@,!’ %# 洪深泽: 冷挤压工艺及模具设计， 合肥： 安徽科技出版社， $@,"’ -# 孟令先等: 渐开线内花键冷挤成形工艺与模具: 金 属 成 形工 艺: $@@7 7） （ 第一作者： 孟令先， 郑州机械研究所锻压研究室， 邮编： !"&&"%， （&-.$） 电话 ..$&7"& （ 编辑# 符祚钢） # # （ /1A4%&&% 年会论文选登） # # ?# !" ?