温锻与冷锻之基本（连载十一）

文/ 张清林・江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇・日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

温锻与冷锻之基本（连载十一）

文/ 张清林・江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇・日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

锻造伞齿轮的切削加工准备

在连载十中我们已经介绍了用温锻的方法制造伞齿轮的闭塞锻造模具的动作原理，归纳一下就是在上、下模的结合部雕刻出需要得到零件的空间(模具空腔)，从上、下两方强力挤压并合拢闭合，使得素材填充到空腔内的所有空间。内腔的尺寸精度和形状精度越高，就越能够得到形状和尺寸好的成形零件。形状和尺寸精度良好的锻件只需要简单的切削加工就可以成为汽车上的构造部件，因而可显著提高材料的利用率、缩短加工时间、降低生产成本。

在连载十中介绍的伞齿轮的轴孔和轴根部也需要切削加工，对于切削时使用的夹具、治具要经过充分的研究讨论才能确定。锻造出来的伞齿轮在经过了切削加工后在整体精度上会受到很大程度的影响，此时切削加工的基准便成为了决定性因素，所以在设计伞齿轮时就必须考虑到切削加工时夹持部分(齿面或根部)的形状以及夹持的方法。伞齿轮是装在轴或轴承上进行回转的，因此与轴或轴承箱配合的几何公差、尺寸公差都必须有良好的精度。

切削加工是将锻造成形的素材安装在加工机械上进行的，在确定夹持位置前首先要确定零件的基准，而对于伞齿轮来说它是要与另一个伞齿轮啮合起来工作的，啮合精度非常重要，因此应将伞齿轮的齿作为基准面。把作为基准的位置确定下来后，就要首先要求这个基准位置必须具有良好的位置精度和基准面上的齿形精度，而这些精度的保证要来自锻造的工艺和模具，因此在确定锻造的工序和模具时就要考虑到这些问题，这是非常重要的。一般来说，要制作一个与伞齿轮被夹持部位的齿形完全吻合的治具来满足切削加工的需要，而要得到锻造素材的正确齿形就需要采用精密闭塞锻造的方法来进行锻造加工，如图1所示。

图1 闭塞锻造的伞齿轮在切削加工时的定位

由于与齿面吻合的治具直接关系到锻造素材齿形和伞齿轮中心轴的相对位置，因此治具必须要经过精密的齿形加工和耐磨损的淬火处理。将治具与伞齿轮的齿面吻合找出伞齿轮的轴心，将这个轴心作为伞齿轮的加工基准来进行齿轮根部外径和内孔的切削加工。

等速万向节星形齿轮的闭塞锻造模具

到现在为止，我们介绍的锻造成形品(包括伞齿轮)都是全对称的形状，锻造这样的对称品时基本上都是由锻造压力机的上下运动也可以说是由滑块的下降动作完成的。而如图2、3所示的等速万向节用的产品，它们的特点是既有轴向对称的一面，又有素材材料必须向径向流动的要求。

在冲压加工中，当冲床施加给素材的力与素材材料的流动方向一致时冲床所承受的负荷是最小的，这是最为合理的。剪切、拉深同样要根据冲压加工的原理制定力的施加方向。而锻造加工所需要的变形应力是拉深、剪切加工的数倍，因此对于锻造加工来说施力的方向就尤为重要。在大多数的锻造加工中必须要使材料向与负荷方向垂直的方向流动。

图2、3中的成形品也并不是必须要用闭塞锻造的方法来生产，用传统的模锻方法也可以制造出来。但是传统的模锻方法的最大问题是上、下模板不能完全地闭合，因此加工出来的部件会产生锻造飞边。

图2 利用闭塞锻造方法加工的部品

图3 利用闭塞锻造方法加工的部品和圆棒素材

如图4所示是三叉联轴器的闭塞锻造模具，从图上可以看到，三叉联轴器的闭塞锻造模具是由上闭塞模和下闭塞模组合而成的，在上、下模的结合处形成了要加工成形零件的形状。

图4所显示的是三叉联轴器锻造用闭塞模具到达滑块下死点、刚刚完成了闭塞锻造的状态，下面对此模具的动作做个简单的说明。

1—上闭塞活塞 2—上模顶料杆 3—上闭塞气缸 4—上给油孔5—驱动锥板行程调整 6—模具接合面7—模板下降的控制锥板连杆(与滑块上下运动联动) 8—驱动锥板 9—水平驱动锥板 10—下进油孔 11—下模气缸12—下模顶料杆 13—下模活塞 14—下冲头 15—下模板16—闭塞锻造成形品(三叉联轴器) 17—上模板 18—上冲头

⑴滑块在上死点停止。

⑵在模具被打开的状态下将圆棒素材插进来，如图5所示。

⑶滑块下降，在上、下油压气缸的作用下模具被闭塞(油压是可变的)。如图6所示，上顶料杆与滑块下降同样的距离A，闭塞模架(上模板和下模板)在下降控制锥板驱动连杆的调节下只下降了A/2的距离。下顶料杆处在与工作台固定在一起的下模里，下顶料杆的位置始终保持不变。在这个例子中，控制下降量的锥板为30°，当滑块下降高度为A时，模具的下降高度只有A/2。由此可以看出，随着锥板倾斜角度的变化，模板的下降量也会发生变化，也就是说，利用这个方法就可以控制闭塞锻造模具的下降量，即上顶料杆相对于锻造成形品的压入量。

图5 模具在打开时的状态和顶料销的位置

图6 模具在闭塞锻造开始及完成后的状态对比

⑷闭塞锻造。锻造的负荷由上顶料杆的按压力决定，反力由下模承受，也就是说，只要控制好锥板面的下降量即可，锻造的负荷并不起作用。

⑸闭塞释放和模具返回。按照⑷→⑴的顺序放开模具、滑块在上死点停止、取出锻造品，然后再装入下一个圆棒素材进行锻造，整个生产就是这样一个反复循环的过程。如图7所示即为使用闭塞锻造模具生产出来的部品。

使模具闭塞所需要的油压气缸的力F必须要大于锻造时发生的内压(锻造应力)σt与成形品的投影面积A的乘积。例如，锻造应力σt为2000MPa，成形品的投影面积A为400mm2，则力F＞2000×400＝800000N＝800kN≒80tf，即油压气缸的力F必须要在80tf以上。

如图4所示的闭塞锻造模具使用的油压是14MPa(≒140kgf/ cm2)，通过计算可知，油压气缸的直径需要达到220mm，实际上在模具的中央附近还装有一些重要的承压模具部件，因此油压气缸要做成项圈形状，外径需要达到300mm左右。像这样的专用气缸在成本上是很高的，因此一般的锻造压力机都采用在压机的工作台和滑块上固定通用的油压气缸的方法。

图7 使用闭塞锻造模具生产出来的部品

若把油压气缸以通用形式设置在锻造压力机上，那么在成形大小不同的部品时，就不仅要考虑到模具的尺寸需要改变，也要考虑到模具顶料销的位置及配列已经被固定这一问题，这在进行模具设计时是非常重要的。