一種新型結構汽車變速器接合齒輪倒錐成形模具的研發(fā)

文/申加圣，董義，陶立平，王曉飛·江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司

一種新型結構汽車變速器接合齒輪倒錐成形模具的研發(fā)

文/申加圣，董義，陶立平，王曉飛·江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司

本文通過模具設計與加工技術的創(chuàng)新，開發(fā)出一種新型接合齒輪倒錐成形模具，實現(xiàn)接合齒輪齒向倒錐角度一次加工完成。齒部倒錐角度精度和疲勞強度顯著提高，其倒錐模具結構簡單、制作容易、安裝方便、通用性好、精度高、互換性好、壽命高。

汽車行駛的速度調(diào)節(jié)是通過變速器中變速齒輪接合齒與接合套連接來實現(xiàn)的。為了防止汽車在行駛中脫擋，通常需將接合齒設計有倒錐角度，即接合齒沿軸線方向外端齒寬大于內(nèi)端齒寬。接合齒輪是自動變速箱主要零件，其加工質(zhì)量決定自動變速箱質(zhì)量，也決定著整車質(zhì)量。接合齒輪傳統(tǒng)加工方法是插削加工，盡管這種生產(chǎn)方式能夠?qū)崿F(xiàn)切削成形加工，但是生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品精度差、耗材多，而且切削加工造成坯料的金屬纖維組織被切斷，顯著降低接合齒輪的疲勞強度，在使用過程中斷齒現(xiàn)象時有發(fā)生。同時在加工過程存在退刀槽，這不可避免的增加了軸向尺寸，對汽車變速器要求結構緊湊性是極大不利因素?，F(xiàn)有技術的倒錐模能夠?qū)崿F(xiàn)接合齒輪齒部倒錐成形，但是倒錐模具結構復雜、調(diào)模難度大、生產(chǎn)效率低、成形精度差、模具制作成本高，不適合大批量生產(chǎn)使用。

成形技術方案

本方案汽車變速器接合齒輪倒錐成形模具由倒錐成形組合上模與倒錐成形組合下模組成。倒錐成形組合上模由墊塊、上模套、彈簧和上模構成。倒錐成形組合下模由壓板、導向套、倒錐齒模、徑向脹開彈簧、徑向?qū)虬?、底座、定位銷、調(diào)整墊片和復位彈簧構成。圖1所示為倒錐成形模具裝備圖。

具體實施方案：⑴該模具裝配于壓力機上，組合齒模的齒部按照工件接合齒齒形精確加工，工作時，將工件的接合齒部放入齒模的齒槽中，并彼此吻合；⑵在壓力機的作用下，倒錐上模先與工件上端面接觸，在彈簧壓力作用下工件與組合齒模緊緊地相貼在一起；⑶上模套下平面壓著組合齒模上端面，使所有齒片與工件同時沿導向套內(nèi)錐面向下滑動，組合齒模在向下滑動的同時沿徑向?qū)驂K60。錐面槽作徑向運動，從而完成接合齒齒部的倒錐成形；⑷壓力機滑塊上升，位于底座上的彈簧向上運動，齒片內(nèi)槽徑向脹開彈簧向外徑方向回彈，帶動徑向?qū)驂K、組合齒模、工件復位。

圖1 倒錐模具裝配圖

模具結構設計與創(chuàng)新

倒錐齒模

倒錐齒模分割成單個齒片，齒片數(shù)量與產(chǎn)品的齒數(shù)相同，齒片外側(cè)為上端面大于下端面的9?！?2。錐面；齒片內(nèi)側(cè)為倒錐角度工作齒模，齒模齒部設有軸向齒和齒槽，各個齒的兩側(cè)面設有錐度，齒部上部齒寬大于下部齒寬；齒片下端面為60。夾角的徑向?qū)蛐泵妫瑑蓮较驅(qū)蛐泵媾c齒片中心對稱分布。齒片下端開20mm×13mm的開口槽，用于安裝徑向脹開彈簧。倒錐齒模結構設計如圖2所示。

圖2 倒錐齒模結構設計

在倒錐齒模外側(cè)設計9。～12。的錐面，不但可以提供足夠大的徑向分力，而且在沿錐面滑動時很流暢，可以順利完成徑向擠壓倒錐成形，并且不會出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。

齒片可以單獨加工，在同一加工基準下可以多加工2～4片備用齒片。在倒錐過程如出現(xiàn)個別齒片異常磨損或損壞時，可以更換備用齒片，不會影響倒錐質(zhì)量，此設計可以提高倒錐模具壽命2～4倍。解決現(xiàn)有倒錐模具只要一個齒片損壞，整副模具只能報廢的問題。

齒片損壞形式一般為磨損，通過不斷試驗，對齒片表面進行氮化鈦或氮化鋁鈦等PVD處理，有效地減緩齒部磨損速度，可以提高齒片1～2倍的壽命。

導向套

導向套內(nèi)錐面為上端外接圓直徑大于下端直徑的正多邊形棱柱面，棱柱面數(shù)和倒錐齒模分割齒數(shù)一致，棱柱面為9?！?2。錐面并與齒片外側(cè)錐面相配，工作時做相對滑動。圖3所示為導向套結構設計。

圖3 導向套結構設計

原有倒錐模具導向套與倒錐齒模一起配作加工，倒錐齒模一旦報廢，導向套只能跟著報廢，造成較大浪費。倒錐模具部件不能通用，使每副倒錐模具加工時間相對較長。通過模具設計和模具加工技術創(chuàng)新，導向套設計為通用件并采用單獨加工，因此只要導向套錐面數(shù)與倒錐齒模齒數(shù)相同就可以通用。對導向套內(nèi)錐面進行氮化鈦或氮化鋁鈦等PVD處理，有效地減緩錐面磨損速度，可以提高導向套1～2倍的壽命。

徑向?qū)驂K

徑向?qū)驂K上端面沿軸線開60。的錐面槽，槽底寬為5mm，并且兩錐面與軸線對稱分布，錐面槽數(shù)與倒錐齒模分割齒數(shù)一致。徑向?qū)驂K下端面沿中心分布φ31mm×6mm的孔，用于安裝頂出彈簧。圖4所示為徑向?qū)驂K結構設計。

原有倒錐模具設計時，齒片為自由浮動，以接合齒齒部來進行定心，接合齒精整精度直接影響倒錐精度。在倒錐過程中的各部位的潤滑狀況、各種雜質(zhì)進入模腔均有可能影響倒錐精度，不可避免地造成產(chǎn)品徑向跳動波動大、可靠性差的問題。針對此問題，在徑向?qū)驂K設計了徑向60。錐面導向槽，組合齒片在倒錐工作時沿錐面槽作往返滑動，使齒片的徑向定心穩(wěn)定可靠，消除倒錐生產(chǎn)過程中各種因素對產(chǎn)品徑向跳動的影響。徑向?qū)驂K設計創(chuàng)新，使產(chǎn)品倒錐精度提高1～2個精度等級。

圖4 徑向?qū)驂K結構設計

導向套與底座、徑向?qū)驂K均用銷進行相關位置定位連接，使整個倒錐下模連接成一個整體，保證了倒錐模具在工作過程中穩(wěn)定可靠。底座下裝調(diào)整墊片用于調(diào)整齒片開口量，合適的開口量既可保證工件接合齒部能順利裝入齒模齒槽中，又可保證接合齒部在齒模齒槽中定位可靠、不發(fā)生轉(zhuǎn)動，保證倒錐成形要求。

結束語

新型結構的汽車變速器接合齒輪倒錐成形模具經(jīng)生產(chǎn)試用后，完全達到使用要求，不但提高了產(chǎn)品精度，而且模具壽命長、可靠性好，取得了良好的經(jīng)濟效益。應用該模具生產(chǎn)的汽車變速器接合齒輪、倒擋齒輪、接合齒環(huán)等產(chǎn)品在國外市場中技術優(yōu)勢明顯，得到國內(nèi)外整車制造商和動力總成供應商的高度認可。