一種復雜齒輪類鍛件復合成形工藝探討

文/李養娟·陜西法士特齒輪有限責任公司

本文針對某種復雜齒輪類鍛件，提出了閉式預鍛+小飛邊開式終鍛復合成形工藝方案，有效地解決了此類齒輪鍛件局部充滿性差的問題，并降低了折疊缺陷產生的風險，同時也降低了打擊能量，對提高模具壽命有極大的幫助。

齒輪作為汽車傳動系統中應用最廣泛的一種零件，隨著汽車行業的飛速發展，其種類、復雜程度及質量要求也越來越高。傳統鍛造工藝常采用開式鍛造或閉式鍛造成形，本文針對一種復雜齒輪類鍛件，提出了復合成形工藝，即閉式預鍛+開式小飛邊終鍛工藝。圖1為某汽車齒輪零件圖，其中花形面為非加工面。

圖1 某汽車齒輪零件圖

傳統閉式成形工藝和Deform-3D模擬分析

此零件最大外徑為φ256mm，內孔尺寸為φ97 mm，單邊余量取1.5mm，確定鍛件毛坯圖，具體尺寸如圖2所示。

圖2 某汽車齒輪鍛件圖

成形設備選擇6300t熱模鍛壓力機，通過鐓粗、預鍛、終鍛三個工步成形，預終鍛工步圖如圖3、圖4所示。為保證終鍛的充滿性，且零件孔偏大，所以采用帶倉連皮設計，每個工步是通過外圓實現定位的。通過Deform-3D模擬，可以看出對于預鍛，其下模花形處充滿性差，具體可見圖5。終鍛在出毛刺瞬間，在花形處仍有局部充不滿現象。具體可見圖6，整個模擬過程是在較理想的狀態下成形的，但鍛件充滿性不太好。所以此方案不是最優方案。

圖3 閉式預鍛件圖

圖4 閉式終鍛件圖

圖5 傳統閉式成形工藝預鍛Deform-3D模擬圖

圖6 傳統閉式成形工藝終鍛Deform-3D模擬圖

復合成形工藝和Deform-3D模擬分析

針對充滿性不穩定的問題，本文提出了預鍛閉式+終鍛小飛邊開式鍛造成形工藝。預鍛設計與常規閉式設計相同，預鍛起分料的作用，保證預鍛到終鍛定位良好，不易產生折疊。通過模擬可確定，R24mm的圓弧可實現預鍛到終鍛的定位，無需單獨增加定位設計。圖7為復合成形工藝預、終鍛工步圖。對此方案進行Deform-3D模擬，從圖8可看出終鍛在剛出飛邊的瞬間，花形處就已經完全充滿。這樣就能實現在小飛邊狀態下，鍛件充滿穩定。通過和之前的傳統閉式工藝相比，此成形工藝鍛件充滿性穩定，且不易產生折疊。最終我們選擇預鍛閉式+終鍛小飛邊開式成形工藝作為最終成形方案。

圖7 復合成形工藝預、終鍛工步圖

圖8 復合成形工藝終鍛Deform-3D模擬圖

生產現場驗證

選定方案后 ，我們在生產現場進行了檢驗，將坯料加熱到1200℃左右，進行鍛打。圖9為預鍛件鍛坯，花形處充滿不太好，與模擬一致。圖10為終鍛件鍛坯，鍛坯充滿性良好，飛邊尺寸寬約12mm厚5mm，飛邊較均勻，花形處無折疊。本批生產過程穩定，鍛件尺寸和精度符合設計要求，無折疊缺陷。圖11為沖孔切邊后的冷鍛件實物圖。

圖9 預鍛鍛坯

圖10 終鍛鍛坯

圖11 冷鍛件實物圖

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結束語

通過對此類鍛件成形工藝進行Deform-3D模擬分析，并進行現場生產驗證，證明了閉式預鍛+開式小飛邊終鍛復合成形工藝是可行的。生產過程穩定，鍛件質量良好，為類似鍛件生產提供了一定的借鑒作用。在設計過程中，應盡可能的保證預鍛到終鍛定位穩定性，既能有效避免折疊缺陷，也能保證小飛邊時終鍛充滿性良好。