浅析螺旋伞齿轮精锻成形

向学院 钟浩建

摘要：螺旋伞齿轮普遍运用于坦克、拖拉机以及汽车等机械的驱动桥上，具有极大的需求量，而如今依旧采取以前的切削工艺实施加工，产品质量不高，材料利用率低，很难满足工业飞速发展对齿轮高性能的要求。于是，为了有效提升产品质量以及生产运行效率，需要开发一种螺旋伞齿轮精锻成形的新型工艺。本文首先分析了螺旋伞齿轮精锻存在的相关问题，然后提出了有效的研究方法，以供参考。

关键词：螺旋伞齿轮;精锻成形;研究

螺旋伞齿轮在汽车船舶、工程机械以及空间技术等领域具有普遍的运用，而且其市场需求量非常大，它的核心功能是用来传递动力以及运动[1]。本文首先分析了螺旋伞齿轮精锻存在的相关问题，然后探究了如何优化螺旋伞齿轮的精锻工艺，以促进螺旋伞齿轮更好地适应时代发展的需求。

一、螺旋伞齿轮精锻存在的具体问题

螺旋伞齿轮的几何形状十分繁琐，以及其产品的表面质量、尺寸精度、组织性能、力学性能要求非常高。经过若干年的深入、有效研究。获取了部分成果，可与现实生产应用还存在一定的距离，还有大量工作要开展，重点包含以下几个方面：

（一）工艺方案分析

螺旋伞齿轮的精锻工艺，存在型腔填充困难、产品质量无法保证以及成形难度大、模具寿命低等问题[2]。于是，制定科学、有效的方案，使变形力获得降低，充分提升模具寿命以及填充性能，依旧是未来的研究关键点。

（二）成形过程研究

螺旋伞齿轮的精锻成形填充过程很繁琐，其成形过程中的材料塑性变形行为以及塑性力学行为是对齿轮精锻成形工艺进行开发的关键条件。以前的力学研究方法对这种成形过程很难发挥作用，齿轮精锻试验由于精密加工和设备能力以及模具材料的要求较高，进一步造成工作量大以及费用很高。在伞齿轮的相关成形过程中才开始使用有限元分析技术，如今只是单一化地模拟研究了某一工艺的成形过程，还没有系统性地分析成形过程的影响因素以及流动规律等。

（三）模具结构与工艺优化问题

螺旋伞齿轮精锻属于一种近净成型的工艺。为了很好地满足这种工艺的相关要求[3]。在模具以及工艺的相关设计中，应该以精锻过程中金属的变形力学特点以及真实流动规律为核心基础，对坯料的尺寸与形状以及结构等参数开展深入优化。

（四）其他工艺问题

螺旋伞齿轮的精锻成形是一项技术含量高以及难度很大的综合性技术。在充分研究实用化工艺的时候，还需要考虑设备选择与模具材料、润滑处理、坯料精化处理等问题。

二、如何优化伞齿轮的精锻工艺

一般借助于实验分析以及理论研究来深入研究齿轮精锻技术，对齿轮成形整个过程中金属的变形力以及流动规律开展分析，并且对模具几何以及工艺参数变化成形的相关影响开展定性分析。这些与变形规律相关的探究工作重点集中在力能分析，针对流动规律的研究，就只能简单地研究金属的大体流动，而无法获得变形坯料表面形状以及内部质点的流动场，于是，只能获得一些变形力学的特征参数，而无法明确金属的流动规律以及变形力学特征[4]。借助于实验力学策略无法了解变形流动规律以及各种工艺参数对模具寿命以及锻件质量的影响，因此也不能很好地优化坏料的尺寸与形状、模具结构以及工艺参数，加上周期长以及耗资大等原因，很难满足分析以及研究的需要。伴随全球化进程的加快与网络化时代的来临，其本身的缺陷也进一步暴露出来。

近些年来，伴随有限元理论的持续成熟化，出现了一些专门用来研究有限元的大型软件，其运用范围逐渐扩大，处理问题的能力也逐渐增强，为综合分析齿轮成形过程的具体变形规律以及影响因素进一步提供了便利。如今Autoforge、Superforge以及Deform等软件专门用来有效模拟齿轮的成形工程。螺旋伞齿轮精锻是三维非稳态塑性的成形过程，通常不能当作轴对称或者平面问题来处理。经过对三维有限元的相关数值进行有效模拟，能够得到伞齿轮成形过程的应变分布、材料内部应力、模具载荷以及材料流动规律等，为模具设计以及工艺参数的选择进一步提供具体的参考数据。伴随三维有限元模拟技术的持续进步。三维有限元数值模拟将不断变成齿轮成形研究的重要手段。

在分析螺旋伞齿轮的工艺的过程中还能够利用等温压缩实验，不断获取齿轮钢的研究速度与温度，流变应力曲线等因素对塑性变形行为的具体作用。然后借助于透射电镜以及金相显微镜，仔细观察各个变形条件下的微观组织，分析其变形过程的具体变化。按照压缩实验的具体结果，探究变形速度以及变形温度对试样内部等的具体影响，不断获得合适的锻压工艺参数[5]。据此明确齿轮钢锻压工艺的相关条件。采取有限元法数值模拟技术，对螺旋伞齿轮的工艺参数、成形过程、模具结构对锻压过程的具体影响进行探究，分析金属在螺旋伞齿轮成形中的具体流动规律，按照相关模拟结果对模具结构以及成形工艺开展进一步优化[6]。最后探究模拟以及试验结果，制定科學、有效的生产工艺，进而减少生产成本，充分提升研发效率。

三、结语

总而言之，国内汽车等工业的飞速发展，一定会对精锻螺旋伞齿轮在质量、性能以及精度等方面提出更严格的要求，也一定会促进伞齿轮精锻技术的快速、持续发展。齿轮精锻工艺进一步代表了我国的机械化水平，对螺旋伞齿轮精锻技术进行优化不但能够促进国内机械工业的飞速发展，提升整个领域机械产品的综合水平，不断缩短与发达国家之间的差距，而且能够变成降低能耗以及节约材料的核心渠道，进而极大地提升机械工业的效益。

参考文献：

[1]宋宇超.汽车后桥螺旋伞齿轮铸锻复合成形工艺的数值模拟研究[D].2016.

[2]王永刚.螺旋锥齿轮精锻有限元分析与实验研究[J].铸造技术，2017，038（012）：2985-2988.

[3]李振东.直齿圆柱齿轮冷精锻成形关键技术的工艺优化研究[D].2016.

[4]徐君燕，卜建荣，朱楠.带肋板齿轮坯闭式热精锻成形工艺的数值模拟改进[J].期刊论文，2017，41（3）.

[5]刘勇，李勇.差速器锥齿轮精锻成形工艺及模具开发[J].工程技术（引文版），2016（12）：00268-00268.

[6]薛嘉鑫，赵寒，李顺军.关于精锻锥齿轮镗孔夹具设计的经验分享[J].课程教育研究，2019（48）.