熱精鍛成形技術(shù)

      傘齒輪的精密鍛造最早見于20世紀(jì)50年代德國的拜爾工廠，并在蒂森等公司得到廣泛的應(yīng)用。我國上海汽車齒輪廠等在20世紀(jì)70年代采用熱精鍛成形技術(shù)成功進(jìn)行了傘齒輪的精密鍛造生產(chǎn)。在當(dāng)時(shí)社會(huì)主義大協(xié)作的環(huán)境下，傘齒輪的熱精鍛成形技術(shù)很快在齒輪行業(yè)得到了推廣應(yīng)用。

      該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展得益于兩項(xiàng)當(dāng)時(shí)先進(jìn)的技術(shù)：模具的放電加工技術(shù)和毛坯感應(yīng)加熱技術(shù)。先淬火后加工的放電加工技術(shù)避免了模具淬火變形帶來的齒廓誤差；快速加熱的中頻感應(yīng)加熱技術(shù)解決了齒輪毛坯在加熱過程中的氧化和脫碳問題，以上兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使鍛造成形的傘齒輪齒面達(dá)到了無切削加工要求。

鍛造設(shè)備

      在國外，傘齒輪的熱精鍛成形設(shè)備通常采用熱模鍛壓力機(jī)，但在20世紀(jì)60～70年代的中國，熱模鍛壓力機(jī)是非常昂貴的設(shè)備，因此國內(nèi)企業(yè)普遍使用的鍛造設(shè)備是雙盤摩擦壓力機(jī)。

該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，很快成為了齒輪精鍛的主力設(shè)備，但雙盤摩擦壓力機(jī)技術(shù)陳舊，難以控制打擊精度，而且能源利用率較低。隨著高能螺旋壓力機(jī)和電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的出現(xiàn)，落后的雙盤摩擦壓力機(jī)有被取代的趨勢(shì)。

      熱精鍛工藝

      對(duì)于大量生產(chǎn)的汽車行星和差速齒輪，成熟的齒輪成形技術(shù)是被稱為“一火兩鍛”的熱精鍛工藝，即齒輪在熱鍛成形和切邊后利用鍛件余熱進(jìn)行熱精整。通常將成形模和精整模設(shè)計(jì)為完全相同的尺寸，在精整模使用到接近換模極限時(shí)充當(dāng)成形模使用，從而使齒輪模具的使用壽命得到了最大限度的利用。

      當(dāng)時(shí)齒輪行業(yè)的骨干企業(yè)已擁有引進(jìn)的高精度刨齒機(jī)，可以刨出較高精度的齒輪電極，但齒輪模腔的加工設(shè)備是早期的放電加工機(jī)床，這一類放電加工機(jī)床加工速度慢、電極損耗大、加工表面質(zhì)量差，因此當(dāng)時(shí)的熱精鍛齒輪精度一般在9級(jí)左右，主要應(yīng)用于卡車和拖拉機(jī)行業(yè)。

      改革開放初期，隨著高精度刨齒機(jī)和精密數(shù)控電加工機(jī)床的引進(jìn)，模具的制造精度得到了明顯的提高，傘齒輪的制造精度隨之也提高到了8～9級(jí)，達(dá)到了卡車和輕型車的使用要求。

先進(jìn)的閉塞鍛造技術(shù)

      成形原理

      閉塞鍛造是一種先進(jìn)的無飛邊精密成形技術(shù)，20世紀(jì)70年代國外在閉塞冷鍛技術(shù)方面取得了突破，之后很快就將此項(xiàng)技術(shù)用于了傘齒輪的精密成形中。閉塞冷鍛成形的齒輪精度相比熱精鍛成形可提高0.5～1級(jí)；閉塞冷鍛還有無飛邊鍛造的特征，使材料利用率得到了較大的提高。在20世紀(jì)80～90年代，轎車、輕型車和微型車的行星、半軸齒輪已廣泛采用閉塞冷鍛工藝生產(chǎn)。

      傘齒輪大端面具有較厚的連皮存在提高了齒輪的抗彎力矩，使輪齒可承受更大的載荷，這樣的齒輪用機(jī)加工是難以加工出來的。

傘齒輪閉塞冷鍛成形毛坯是在封閉的模腔里被擠壓沖頭推入齒輪型腔充填成形的。齒輪的成形精度主要取決于型腔的加工精度，并受到模具彈性變形的影響，但在普通精度條件下，模具的彈性變形可忽略不計(jì)。

      鍛造設(shè)備

      通常較大規(guī)格的傘齒輪在專用的大噸位液壓閉塞壓力機(jī)上成形，而較小規(guī)格的傘齒輪更多地采用在普通冷鍛壓力機(jī)上以專用閉塞模架成形的方法。后一種方法具有生產(chǎn)效率高和成本低的特點(diǎn)，但受限于模架的閉塞壓力，難以完成大尺寸傘齒輪的成形。

      國內(nèi)生產(chǎn)汽車齒輪的骨干企業(yè)如江蘇飛船股份有限公司和江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司等在20世紀(jì)90年代初及時(shí)引進(jìn)了傘齒輪的閉塞鍛造技術(shù)和設(shè)備，經(jīng)過多年的消化吸收，傘齒輪閉塞鍛造技術(shù)已日臻成熟。在近幾年汽車工業(yè)的飛躍發(fā)展中，傘齒輪的閉塞鍛造技術(shù)在國內(nèi)汽車差速器的生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。

      等溫正火和齒輪精整技術(shù)的應(yīng)用

      閉塞冷鍛成形的齒形精度能滿足一般汽車的使用要求，而當(dāng)對(duì)精度有更高的要求時(shí)，在齒輪閉塞冷鍛成形后進(jìn)行等溫正火，然后在精密模具內(nèi)作一次冷精整，可穩(wěn)定地獲得DIN 7級(jí)甚至更高的齒形精度。

      由于冷精整變形量小，故齒坯精整前只需要少量油霧潤滑，無須作磷、皂化處理，精整后的齒面粗糙度有很大的改善。由于齒坯進(jìn)行了等溫正火，后續(xù)滲碳淬火時(shí)齒形變形量較小而且規(guī)律性好，因此根據(jù)淬火變形規(guī)律對(duì)鍛造齒形進(jìn)行修正，可達(dá)到熱處理后精度不降低的目標(biāo)。

      由于傘齒輪精整毛坯有無氧化、無脫碳的要求，因此對(duì)等溫正火設(shè)備的技術(shù)要求很高，除采用密封爐體的結(jié)構(gòu)和抽真空—充氮?dú)獗Ｗo(hù)的措施外，通常還要充入少量氫氣等還原性氣體。充入氫氣后正火的毛坯表面光潔并呈銀亮色澤，精整后齒輪表面質(zhì)量特別好。但這樣的正火設(shè)備世界上只有少數(shù)廠家能提供，而且價(jià)格還非常昂貴。

傘齒輪精密鍛造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

      隨著汽車行星—半軸齒輪規(guī)格越來越大和低成本生產(chǎn)的需要，傘齒輪的生產(chǎn)技術(shù)正在向溫鍛成形—冷鍛精整和熱鍛成形—冷鍛精整方向發(fā)展。

      傘齒輪的溫—冷聯(lián)合成形和熱—冷聯(lián)合成形技術(shù)解決了傘齒輪熱精鍛成形精度較低和閉塞冷鍛成形規(guī)格尺寸偏小的問題，使傘齒輪的成形發(fā)展到了一個(gè)新的階段。

      聯(lián)合成形技術(shù)中，溫鍛成形一般采用閉塞溫鍛工藝，主要用于中等規(guī)格的汽車傘齒輪的大批量生產(chǎn)。對(duì)于大規(guī)格的傘齒輪，推薦采用熱—冷聯(lián)合成形的方案，熱鍛成形也可采用閉塞鍛造工藝，但更多地是采用普通熱精鍛工藝。

      因?yàn)閷?duì)于大規(guī)格的傘齒輪來說，閉塞鍛造的閉塞力已大到難以實(shí)現(xiàn)的程度，因此普通熱精鍛成為了熱—冷聯(lián)合成形的主流生產(chǎn)工藝。當(dāng)前，國內(nèi)用于冷鍛精整的壓力機(jī)噸位已達(dá)到40MN，可完成外徑300mm的傘齒輪的精整成形。