螺旋伞齿轮精锻工艺及发展趋势的研究

张 逊

（泰州职业技术学院 机电技术学院，江苏 泰州 225300）

由于精锻螺旋伞齿轮可以降低成本，减少能源与材料的消耗，并且其制造时间较短的特点和优势受到制造商的青睐。但我国的该精锻技术依靠长期实践来进行发展，缺乏理论上精确系统的分析，并且我国的制造水平也和其他高技术国家有一定的差距，对于非削加工技术的研究还处在初级阶段，因而该技术的研究具有重要的实践价值和理论意义。

1 我国螺旋伞齿轮精锻工艺研究概况

20世纪70代后，我国才开始致力于研究精锻齿轮技术，通过对热精锻直伞齿轮进行了系统性研究，并在该领域取得了可喜的成果，普遍的应用于实践当中。热精锻技术制造的齿轮具有模具精度低并且寿命较短的特点，其脱碳层及氧化皮附着表面、组成齿轮的晶粒较大等原因使得齿轮的尺寸无法达到较高的精度。而轿车制造业需要的齿轮精度严格，由于其自身的弱点使得热精锻出来的齿轮无法满足市场需要。遂冷锻技术收到了更多人的重视，虽然我国已经以研究“螺旋伞齿轮的生产自动线”为课题，进行了半精锻和精锻螺旋伞齿轮的研究，但在工艺及模具上还存在很多问题域缺陷，无法大范围推广于生产和加工领域。经过国人的努力与实践，上海已经提高了从动螺旋锥齿轮的精度和寿命，之后中南大学也研发出了数控磨齿机，紧随其后，无切削的螺旋伞齿轮在青岛齿轮厂和山东大学的共同努力下得以制造。

2 螺旋伞齿轮精锻亟待解决的问题

螺旋伞齿轮有着自身的特点，其产品精度高，具有良好的力学性能，形状复杂，组织性和质量较好。为了满足日益发展的工业制造业的需要，我们需要看到研究成果在实践中的一些不足和问题，并且通过努力减少这些问题的出现。问题如下：

（1）成形过程中的问题。精锻齿轮的过程中需要进行填充，这个过称尤为复杂。如何保障精铸成形，要对成形时所要设计的塑性力学，明晰塑性变形的问题进行充分研究。力学分析要与时俱进，通过实验的方式来分析成形过程的特点及状况是非常重要的。但是实验的设备昂贵，并且对工作人员而言要进行繁杂的分析和反复的试验。因而产生了有限元分析的实验方法，但是这种技术还不成熟，无法全面的分析成形中的流动规律以及影响因素。

（2）优化工艺及模具结构中的问题。就齿轮精锻技术而言，需要在设计时，考虑到金属的变形力学以及真实流动时所具有的规律，从而对模型和配料进行全面的优化和改造，保障模具和工艺设计的需要。

（3）工艺方案中的问题。由于精锻工艺具有产品质量不确定性、变形力需求大、成型具有难度、填充型腔较难等特点。就要求在设定方案时，要对这些方面尤为重视，例如降低变形需要的力，提高成型的成功率，确保质量的稳定等。

3 研究螺旋伞齿轮精锻工艺的方法

人们已经不再将精锻螺旋伞齿轮其简化为二维，或对称问题进行近似的处理，而是属于一个三维空间下的不稳定塑造成形的过程。这就要应用三维有限元数值模拟，从而发现成形流动所存在的一些普遍性规律，以避免成形中会遇到的问题，例如内部应力和质量的缺陷以及模具载荷和应变分布等方面的状况，形成具有理论价值的分析数据和结论对现实进行指导。伴随着软件和技术的发展，日后该模拟实验方式会为精锻成形技术提供强有力的理论保障和技术支撑。

除了刚才我们所提到的实验方法，我们的研究还可以利用等温压缩进行实验。通过分析齿轮材料的流变应曲线，分析出速度及温度和变形量等对塑性所产生的影响。最后根据结果，其中等效立场、变形速度及温度的作用规律，从而制定出具有价值的锻压参数。将参数放入到有限元数值模拟实验当中去，通过模拟进行调整和优化，最终得出实验的结果，达到提升生产率、降低成本的目的。

4 螺旋伞齿轮精锻展望

随着日新月异发展的科技，精锻螺旋伞齿轮的技术也会伴随着加工技术的提升以及模具材料优化和加工水平的提高，得到长足的发展与飞跃。由于该产品的需求量较大且用途广泛使得该工艺的研究受到各国专家的重视。很多发达国家已经实现了无切或少切既能进行齿轮精锻的技术，并且能够在装配中使用。有些国家精锻的螺旋伞齿轮已经可以广泛满足汽车制造业的需要，精度得到了保障。就齿轮锻造技术而言，冷摆辗技术也是一个较为可行的方法和技术，其生产的零件具有表面精细，且保障了产品的精度。未来而言，冷摆辗技术可能是日后精锻螺旋伞齿轮的又一有效途径和办法，现在已被各国的研究和重视。

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