钢质同步器齿环精锻工艺研究

2023-05-06王子孝吴江杨象勇浙江万里扬精密制造有限公司锻造工厂

锻造与冲压 2023年9期

文／王子孝，吴江，杨象勇·浙江万里扬精密制造有限公司锻造工厂

同步器是汽车变速箱中实现变速的重要组件，齿环是同步器的重要零件，齿环的精度与质量会对变速的实际效果产生直接影响。随着汽车工业的飞速发展，原铜质同步器齿环逐渐被钢质同步器齿环取代，我公司同步器产品基本上是钢质材料，需求量大，需要大批量生产。本文主要对钢质同步器齿环精锻工艺进行研究。原材料材质为20CrMnTi,精锻前状态为辗环粗车坯料；拟定精锻工艺方案：粗车坯料→热精锻→车飞边→退火→抛丸→高分子处理→冷精压，通过确定热精锻坯料规格(含3D 模拟)、精锻模具设计制造、精锻工艺试验等，确保精锻过程中不会发生折叠、开裂、齿形充不满、表面粗糙等缺陷，通过工艺验证钢质同步器齿环精锻工艺是可行的，3D 模拟与实际验证结果吻合一致。

确定热精锻坯料规格

此次研究的钢质同步器齿环是用20CrMnTi 热轧圆钢经下料→加热→预锻→冲孔→辗环加工而成的毛坯通过粗车后获得，外圆有3 个凸键和48 个小齿，凸键和小齿精度及表面粗糙度要求较高：凸键宽度偏差±0.1mm，对称度公差0.15mm；小齿凸凹圆角小到R0.2mm，相邻齿跳动公差0.05mm；非加工面表面粗糙度要求Ra3.2μm，精锻后这些部位不再进行机加工。

锻件成品造型理论重量为0.27kg，根据经验数据，内外飞边宽度为6 ～8mm，厚度为1.5 ～2.5mm为宜，以此测算下料总重量为0.39kg；坯料在模具内定位最佳选择是齿根圆φ113mm 处，放适当间隙后坯料外径可以按照φ112mm 确定；参考锻件内孔尺寸φ94mm，初选坯料内径为φ88mm、φ90mm、φ92mm、φ94mm四种，根据坯料总重量和内外径尺寸计算出4 种坯料厚度分别为13.2 mm、14.2mm、15.5 mm、17.1 mm。

经过3D 软件模拟(图1)，上述4 种规格的坯料，飞边大小情况各不同，产品基本能成形，模拟结果显示，2#规格坯料成形后内外飞边较均匀，理论上是最合适的，待后续工艺验证。

图1 3D 模拟结果

精锻模具设计制造

热精锻模具设计要点

按冷精压锻件图，侧面周边减小0.1 ～0.15mm间隙，厚度加大0.5 ～1mm，从而获得热精锻锻件图，热收缩率为1.5%，由此可以确定热精锻模具型腔尺寸。此次工艺研究采用开式模锻，设计内外飞边槽，在下模内飞边位置设计顶料杆。利用该设备原有模架尺寸设计热精锻模具的外形尺寸，与热料直接接触的型腔模具材料选用红硬性较好的1.2367 制作，可以保证产品精度。

冷精压模具设计要点

冷精压模具型腔尺寸与冷精压锻件图一致，顶出结构与热精锻模具类似，模具外形尺寸也按照原设备模架设计，齿形下模选用硬度高且耐磨性好的LD材料。

精锻模具制造要点

模具型腔采用高速数控加工中心粗铣，热处理后用电火花加工制造，最后采用专用抛光设备将模具型腔进行抛光处理。

精锻工艺试验

模具预热

采用专用加热装置将模具预热到250 ～300℃，便于齿形充填饱满且不容易导致模具异常破裂。

坯料加热

将粗车好的4 种规格坯料各20 件分别做好标识，在专用中频感应加热装置中快速加热到1150 ～1200℃。

热精锻

利用现有630 吨数控螺旋压力机热精锻(模拟成形力为327 ～453 吨)，将加热后的坯料准确平放于热精锻模具齿根圆定位处，坯料外圆面与模具齿根圆贴合实现坯料定位，避免精锻过程中发生折叠、齿形充不满等缺陷，热精锻过程中还需用脱模剂对模具实施冷却润滑。

经现场工艺验证，钢质同步器齿环热精锻工艺试验结果和3D 软件模拟结果吻合一致，3D 造型图和热精锻产品实物见图2。四种规格的坯料中，规格2#成形效果最佳，内外飞边大小均匀，既能保证产品各部位充型饱满，又无折叠、开裂等锻造缺陷，也不浪费材料。其余3 种规格坯料中：规格1#试验结果为外圆飞边较小，有少量齿形不饱满，内飞边较大，材料浪费比较多；规格3#和4#外圆飞边较大。