減速器太陽(yáng)輪的模具技術(shù)研究

■東莞理工學(xué)院 （廣東東莞 523000） 范永恒 梁宇鋒 陳梓浩 梁國(guó)軒 張澤鑫

太陽(yáng)輪是行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中重要的零件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工要求高，目前生產(chǎn)主要采用傳統(tǒng)切削加工方法，效率低下、加工成本高且浪費(fèi)材料。直齒圓柱齒輪冷擠壓成形難以在保證成形質(zhì)量的前提下同步成形外齒與內(nèi)花鍵，所以該技術(shù)在太陽(yáng)輪加工方面推廣困難，本文通過研究三種冷擠壓成形工藝，確定出最適合生產(chǎn)的方案。

1. 成形工藝方法的設(shè)計(jì)

1）方法1：外齒和內(nèi)花鍵一次性在同一個(gè)模具內(nèi)成形，最后精修外齒。擠壓前對(duì)毛坯進(jìn)行潤(rùn)滑處理，將毛坯放入外齒定模的套筒中，使毛坯和外齒定模相接觸。花鍵陽(yáng)模向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過引導(dǎo)區(qū)后準(zhǔn)確插入毛坯內(nèi)孔，毛坯上下兩面均受到擠壓，由于花鍵的成形變形量、成形所需載荷比外齒小，所以陽(yáng)模向下運(yùn)動(dòng)會(huì)使花鍵先成形。陽(yáng)模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，將毛坯下壓入模具中，完成外齒的成形。陽(yáng)模停止向下運(yùn)動(dòng)并往回推出陰模型腔，頂出機(jī)構(gòu)將已成形的零件頂出陰模。最后，對(duì)內(nèi)花鍵和外齒形已加工好的零件上端面車削，放進(jìn)精修模具中精修，實(shí)現(xiàn)外齒形精度的提升。

2）方法2：外齒單獨(dú)成形，內(nèi)花鍵和外齒精修在同一個(gè)模具內(nèi)成形。將兩個(gè)潤(rùn)滑過的環(huán)形毛坯堆疊放入陰模套筒內(nèi)，陽(yáng)模心軸插入坯料孔，直至臺(tái)階面與上端坯料接觸。陽(yáng)模向下運(yùn)動(dòng)，下面毛坯在上面毛坯傳遞的載荷作用下產(chǎn)生形變，毛坯被擠壓入外齒陰模，外齒成形。陽(yáng)模在外齒成形后做回程運(yùn)動(dòng)。此時(shí)上方毛坯剛進(jìn)入齒形陰模，下方毛坯已完全進(jìn)入齒形陰模等待脫模。在陰模套筒內(nèi)再加一個(gè)毛坯，陽(yáng)模再次向下運(yùn)動(dòng)，最上方毛坯將中間的毛坯擠壓進(jìn)齒形陰模中形成外齒，同時(shí)最下方外齒已成形的毛坯被擠出陰模，得到外齒成形的毛坯。將外齒成形的毛坯放入精修模具內(nèi)，內(nèi)花鍵陽(yáng)模插入零件內(nèi)孔直至內(nèi)花鍵陽(yáng)模頭部與毛坯接觸。由于精修外齒的形變比內(nèi)花鍵成形的形變小，所以在擠壓過程中，先完成外齒的精修，再完成內(nèi)花鍵的成形。內(nèi)花鍵成形后，陽(yáng)模退出精修模具，頂出機(jī)構(gòu)把零件推出。

3）方法3：外齒、外齒精修均單獨(dú)成形，內(nèi)花鍵通過機(jī)加工實(shí)現(xiàn)。外齒、外齒精修與方法2類似，將潤(rùn)滑過的環(huán)形毛坯放入陰模套筒內(nèi)，陽(yáng)模心軸插入坯料孔直至臺(tái)階面和上端坯料接觸。陽(yáng)模向下運(yùn)動(dòng)，擠壓毛坯得到外齒齒形。然后將零件放入精修模精修外齒齒形，最后通過機(jī)加工實(shí)現(xiàn)端面和內(nèi)花鍵的成形。

2. 成形工藝方法的模擬結(jié)果分析

通過有限元模擬出齒輪成形過程及成形結(jié)果，圖1所示為有限元分析的步驟。零件材料通常為20CrMnTi合金，擠壓速度為20mm/s。

1） 方法1的最終成形狀態(tài)如圖2所示，外齒和內(nèi)花鍵一次成形造成內(nèi)花鍵發(fā)生了較大形變，最大形變?cè)?mm以上，無(wú)法滿足太陽(yáng)輪的生產(chǎn)。

圖1 有限元軟件求解步驟

2）方法2的最終成形狀態(tài)如圖3所示，外齒的成形質(zhì)量較好。圖4所示為精修外齒最小距離對(duì)比，由于內(nèi)花鍵形成需要內(nèi)花鍵陽(yáng)模向下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致精修完的外齒面產(chǎn)生的形變達(dá)到1.99mm，不能在保證齒輪精度的同時(shí)加工出符合設(shè)計(jì)想法的內(nèi)花鍵。因此方法2不適合作為太陽(yáng)輪的生產(chǎn)工藝。

3）方法3的最終成形狀態(tài)如圖5所示，方法3外齒的成形精度較好，材料利用率高，而且模具相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率較高，適合作為太陽(yáng)輪的生產(chǎn)工藝。

3. 結(jié)語(yǔ)

本文就減速器太陽(yáng)輪的模具工藝進(jìn)行了研究，有限元模擬分析結(jié)果表明：先使太陽(yáng)輪的外齒成形，再將已成形的外齒零件放入精修模具中精修，然后熱處理并機(jī)加工出太陽(yáng)輪端面和內(nèi)孔的工藝最適合作為減速器太陽(yáng)輪的生產(chǎn)工藝。本研究能為齒輪工藝方案的確定提供有效的依據(jù)，為下一步實(shí)用化工藝研究奠定基礎(chǔ)。

圖2 方法1的齒輪最終成形狀態(tài)

圖3 方法2的齒輪最終成形狀態(tài)

圖4 精修外齒最小距離對(duì)比

圖5 方法3的齒輪最終成形狀態(tài)