1．概述

　　齒輪是應用最廣的一種機械傳動零件团春，具有結(jié)構(gòu)緊湊缨称、傳遞動力大沛申、效率高载弄、壽命長耘拇、可靠性好和傳動比準確等特點。齒輪的精密鍛壓技術由于其顯著優(yōu)點宇攻；正日益受到各國研究人員的重視惫叛，得到了蓬勃發(fā)展。

　　齒輪精鍛技術是指齒輪輪齒由坯料經(jīng)過精密鍛壓直接獲得完整的齒形逞刷，而齒面不需切削加工或僅需少許精加工即可進行使用的齒輪制造技術嘉涌。與傳統(tǒng)的切削加工工藝相比，齒輪精鍛工卜藝具有以下特點：

　　(1)改善了齒輪的組織夸浅，提高了其力學性能仑最。精鍛使得金屬材料的纖維組織沿齒形均勻連續(xù)分布，晶粒及組織細密帆喇，微觀缺陷少警医，因此，精鍛齒輪的性能優(yōu)越馁雏，齒的彎曲強度酱晾、接觸疲勞強度和耐沖擊性明顯高于切削齒輪。一般來說托俯，精鍛可使輪齒抗沖擊強度提高約15%赠飞，抗彎曲疲勞壽命提高約20%。

　　(2)提高了生產(chǎn)效率和材料利用率雹纤。通過精鍛成形篙协，齒輪精度能夠達到精密級公差標準，不需或僅需少量后續(xù)精加工墓趋，即可以進行熱處理或直接投人使用稻续，生產(chǎn)率和材料利用率高。

　　(3)精鍛齒輪減少了熱處理時的齒廓變形轿跌，提高了齒的耐磨性和齒輪嚙合時的平穩(wěn)性滔菠，提高了齒輪的使用壽命。

　　盡管齒輪鍛造有許多優(yōu)點汪兢，并且直傘齒輪精鍛技術已成功地應用于生產(chǎn)批斯，但由于直齒圓柱齒輪精鍛具有齒形型腔（特別是上下角隅處）充填困難、成形力大掷漱、模具設計與制造精度要求嚴格等特點粘室，成形中遇到了許多困難榄檬。多年來，各國研究人員運用各種理論衔统、技術手段和試驗方法鹿榜，對直齒圓柱齒輪精鍛技術進行了不懈的研究。

2．直齒圓柱齒輪精鍛的理論研究

　　英國曼徹斯特大學科技學院的Chitkara N R等人對直齒圓柱齒輪的塑性成形作了數(shù)值模擬分析锦爵，用能量法和上限法分析了鐓鍛直齒輪的變形規(guī)律舱殿；Dohamann F等人用數(shù)值逼近法和主應力法分析了冷精鍛齒輪時的金屬流動和模具應力情況，給出了沿齒面輪廓的法向應力分布圖险掀。韓國學者J.H.Song和Y.T.Im開發(fā)了一種直齒圓柱齒輪冷正擠壓輔助系統(tǒng)沪袭，這個系統(tǒng)可根據(jù)輸人的齒輪參數(shù)給定可供實用的齒輪成形工裝。 Kondo K和Ohga K提出了齒輪分流減壓鍛造法Choi J C發(fā)展了分流法樟氢，提出了向內(nèi)分流成形的直齒圓柱齒輪精鍛工藝冈绊，并進行了二維有限元模擬分析。 Jongung Choi和Hae-Yong Cho等人提出了一種直齒圓柱齒輪鍛造時的新的動可容速度場埠啃，并用上限法對其成形過程進行了深入的研究死宣，得到了成形力主要與齒輪齒數(shù)有關的結(jié)論Yang D Y采用剛、粘塑性有限元法對直齒圓柱齒輪精鍛成形進行了數(shù)值模擬吮蒜。KnoerrM在1992年用DEFORM模擬了圓環(huán)狀齒輪坯的三工位熱鍛過程散氧，預測了該成形過程中可能出現(xiàn)的折疊缺陷，并根據(jù)模擬結(jié)果改進成形參數(shù)砾漓，獲得了無缺陷的零件睬嘿。德國Th.Herlan應用有限元分析方法，采用ANSYS軟件來優(yōu)化齒輪的幾何形狀闭榛，從而降低鍛造壓力和模具應力盒器，給出了FEM分析的模具的受力圖和優(yōu)化齒輪形狀，最后將精鍛齒輪進行疲勞測試并與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的齒輪進行了比較衍肥。

　　吉林大學寇淑清等人利用有限元模擬理論與三維成形模擬軟件對齒輪冷精鍛技術進行了較全面的研究攻睬，首次將彈塑性大變形有限元數(shù)值模擬分析應用于直齒輪冷精鍛成形過程中。山東大學夏世升等人提出了一種由空心坯成形直齒圓柱齒輪的新工藝：預鍛分流區(qū)一分流終鍛刀念，用三維有限元數(shù)值模擬軟件DEFORM-3D進行了數(shù)值模擬研究浅慎，得到了鍛造載荷一行程曲線以及整個成形過程的應力、應變贺潜、速度分布等抵蚊。程軍、林治平等人采用環(huán)氧樹脂模型對直齒圓柱齒輪精鍛凹模進行三維光彈性試驗模擬溯革，通過對光彈圖象的處理贞绳，獲得了直齒精鍛圓柱齒輪凹模的內(nèi)壁應力分布。張治民等人采用三維大變形彈塑性有限元法對以閉式鐓擠和以溫擠徑向?qū)Я饕患s束分流兩步成形方式的成形情況進行了數(shù)值模擬分析致稀，得到了新工藝成形過程的應力分布圖以及載荷一行程曲線冈闭。數(shù)值分析結(jié)果表明：約束分流成形與閉式成形相比可明顯降低成形力俱尼，有利于金屬的流動，保證齒形充填良好萎攒，改善模具受力條件遇八，提高成形件質(zhì)量。李更新等人用優(yōu)化后的凹模結(jié)構(gòu)對直齒圓柱齒輪的溫擠壓成形進行了數(shù)值模擬耍休，結(jié)果表明刃永，以人模角為180°、擠壓筒內(nèi)徑等于直齒輪齒頂圓直徑羹应，且在齒根圓處倒角為特點的凹模形式對齒形成形效果良好，此種凹模形式能夠解決齒形角隅充不滿的難題次屠，非常適合直齒圓柱齒輪的擠壓精密成形脆逊。

3．直齒圓柱齒輪精鍛的工藝研究

　　1987年英國伯明翰大學Tuncer C等提出了浮動凹模精鍛空心件思想，歸納了無飛邊鍛模制造和使用的各種工藝要點拇蟋，設計了各種模具棒鞍。 Nagai Y提出將預制杯形件作為某些圓柱齒輪冷鍛的制坯措施，即通過拉延蓖搅、整形崖蟀、變薄拉延和壓縮這四個工步實現(xiàn)具有較大沉孔的圓柱齒輪冷鍛成形。伊朗Tarbiat Modarxes大學的M.H.Sadeghi與英國伯明翰大學的(暫不可見)an用浮動凹模原理模具對直齒輪和斜齒輪作了系統(tǒng)的研究翩汰，包括模具結(jié)構(gòu)形式選擇吹迎，齒輪尺寸精度的影響因素，齒輪塑性成形力的預測及其與摩擦系數(shù)溃耸、齒輪模數(shù)湃足、寬度關系，脫模力與摩擦系數(shù)发惭、成形力剂户、成形溫度、壓力角罩锐、齒數(shù)的關系奉狈。德國的Th. Herlan以材料為20MnCr4的直傘齒輪為例，采用了溫鍛冷鍛復合成形工藝涩惑，其工藝流程為：下料——感應加熱（850℃）——鍛造——硬化處理——精整仁期。首先，將初始棒料加熱竭恬、鐓粗蟀拷、噴丸再加熱至850℃，送至12.5MN機械壓力機進行鍛造萍聊，之后進行噴丸和表面磷化问芬、皂化處理悦析，最后在12.5MN液壓機上進行冷鍛，并給出了冷鍛的活動模具簡圖此衅。

　　山東大學張清萍等人對兩步成形直齒圓柱齒輪冷精鍛工藝模具齒形設計方法進行了研究强戴，分別采用修正模數(shù)法和變位法對終鍛和預鍛模具的齒形進行設計。青島理工大學的田福祥等人對直齒圓柱齒輪熱精鍛進行了深人研究挡鞍，給出了快檔齒輪熱精鍛成形的實用模具結(jié)構(gòu)骑歹，論述了模具設計、裝配和使用的有關問題胀爸，該模具采用強力脫模裝置夜墓，使鍛件在鍛擊結(jié)束瞬間立即脫離凸模，解決了鍛件將凸模抱死的關鍵技術問題锌德。張治民泰锦、張寶紅等人提出了一種新的方法，即直齒輪徑向的分流成形沼惹，溫鍛和冷擠壓整形的復合方法诗实，并以一個用于拖拉機的直齒輪作為例子，制造出的齒輪精度可達IT8遥浑。這種新的直齒輪成形技術昆饲，能夠使大模數(shù)、輪齒高的齒輪在較低的變形力下就能使輪齒充滿捞勿，其工藝過程為：齒輪輪齒的初成形第一次采用中溫鍛蝗袄，然后通過冷成形制成高精度的齒輪。齒輪的制造采用鐓粗擠壓私周，為了避免齒輪在塑性成形過程中出現(xiàn)缺陷挥闸，提出了一種新的徑向成形技術，在模具的長度方向設計較大的偏轉(zhuǎn)斜度伪节，通過偏轉(zhuǎn)斜度光羞，鋼坯被推動沿著斜度壓下，同時怀大，金屬徑向流動纱兑，齒輪輪齒底部剩余的金屬流向齒輪的頂部，齒輪被填充成形化借。馮沖前根據(jù)對直齒圓柱齒輪鐓擠成形過程的實驗研究潜慎，針對直齒圓柱齒輪精鍛成形工藝的技術關鍵，提出了一種新的成形工藝——浮動凹模鐓擠成形工藝蓖康，并以安陽齒輪廠農(nóng)用車變速齒輪為研究對象铐炫，設計了專用鐓擠模具，并進行了成形試驗，研究了其成形規(guī)律倒信。燕山大學趙軍等人利用塑性范成成形齒輪的方法成形出直齒圓柱齒輪科贬，并對成形后齒輪的金相組織進行了分析，從成形組織方面驗證了該工藝的可行性鳖悠。姜英等人利用滾壓設備對齒輪進行了滾壓研究渺广，得出只需更換滾輪，就可以用于中血洞、小模數(shù)的圓柱直齒輪湃鳖、圓柱斜齒輪等的加工，該工藝加工工藝簡單僻携，生產(chǎn)效率高狮最，加工質(zhì)量好。

4．直齒圓柱齒輪精鍛的質(zhì)量與精度控制研究

　　目前疹返，關于直齒圓柱齒輪精鍛過程質(zhì)量和精度控制方面的研究還比較少泌祥。Abdel-Rahman等人研究了鍛前加熱和鍛后冷卻方式對鍛件性能的影響，分析了常規(guī)氣體短揉、非氧化性氣體伞下、坯料表面滲碳非畜、冷卻速度對齒輪鍛件硬度的影響刚肠，鍛后熱收縮對齒輪輪廓成形的影響，以及齒輪的齒數(shù)亦弛、模數(shù)冒晰、鍛造溫度對齒形誤差的影響。蔡利等人探討了幾種圓柱齒輪冷鍛成形技術竟块，對圓柱齒輪冷鍛特性進行了分析壶运，并運用系統(tǒng)的觀點對提高冷鍛圓柱齒輪的輪齒精度做了探討，并提出了系統(tǒng)提高輪齒精度的重要性浪秘，其中成形庫的建立尤為重要蒋情。林治平等對直齒圓柱齒輪熱精鍛的研究表明，模具設計耸携、坯料尺寸棵癣、溫度控制等因素是保證齒輪鍛件精度的關鍵，模具的加工方法夺衍、磨損和彈性變形狈谊、潤滑與冷卻、能否充分排氣排污都影響著齒形精度沟沙。劉華等人通過對精鍛齒輪彈性回復的理論分析及有限元模擬提出了齒輪彈性回復時彈性修正量和彈性修正系數(shù)的概念河劝，并求出了45號鋼在800℃時成形齒輪的彈性修正系數(shù)值，同時發(fā)現(xiàn)在體積成形過程中，在卸載時工件材料發(fā)生的二次屈服對成形精度也有影響赎瞎。伍太賓針對摩托車啟動主動齒輪的結(jié)構(gòu)特點燕紊，討論了坯料形狀和尺寸對該齒輪的成形難易程度、充填性央嘱、內(nèi)齒輪質(zhì)量以及模具壽命的影響唧痴，介紹了冷擠壓成形模的結(jié)構(gòu)，指出了模具設計馏纱、制造時應注意相關事項噩五。

5．直齒圓柱齒輪精鍛技術的發(fā)展趨勢

　　多年來，學者們對直齒圓柱齒輪精鍛技術的研究取得了許多成果素牌，在分析國內(nèi)外精鍛技術現(xiàn)狀的基礎上碳携，筆者以為今后直齒圓柱齒輪精鍛技術將向以下幾個方面發(fā)展。

　　(1)優(yōu)化工藝和模具結(jié)構(gòu)墓且，提高模具的壽命临辰，解決齒輪鍛件的出模問題

為滿足制造工藝的要求，在工藝設計和模具設計中讲媚，應以金屬在精鍛過程中的真實流動規(guī)律和變形力學特征為基礎亏乞，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、坯料形狀尺寸等工藝參數(shù)裆操，選用優(yōu)質(zhì)模具材料怒详，使用合適的鍛壓設備，提高模具加工精度和使用壽命踪区。另外昆烁，直齒圓柱齒輪精鍛沒有拔模斜度，出模困難缎岗，需要較大的頂出力才能將鍛件從模具．中頂出静尼。因此，對模具結(jié)構(gòu)和鍛造設備有較高的要求传泊，如何解決好鍛件出模鼠渺，也是一個必須重點解決的問題。

　　(2)改善精鍛齒輪的質(zhì)量和精度眷细，提高齒輪生產(chǎn)率

　　齒輪制造工藝的發(fā)展拦盹，很大程度上表現(xiàn)在精度等級與生產(chǎn)效率的提高。在今后齒輪的精鍛工藝的提升中薪鹦，要掌握精鍛過程中的金屬變形流動規(guī)律以及各種工藝參數(shù)對工件質(zhì)量的影響掌敬，提高產(chǎn)品質(zhì)量，嚴格控制模具溫度池磁、鍛造溫度和潤滑條件等工藝因素犀刀，減少因模具和鍛件溫度波動而造成的鍛件尺寸誤差，使直齒圓柱齒輪精鍛向著凈成形方向發(fā)展。

　　(3)充分運用各種計算機技術和數(shù)學理論饮茬，提高直齒圓柱齒輪精鍛技術開發(fā)的效率

　　計算機技術的快速發(fā)展和數(shù)學理論的充分運用努示，提高了齒輪產(chǎn)品的設計精度和加工效率。今后工藝和模具設計應和計算機技術緊密結(jié)合起來拉狸，利用計算機技術結(jié)合塑性或彈塑性有限元方法盾峭，找出齒輪坯料自由表面和內(nèi)部的金屬流動及應力應變分布規(guī)律，通過控制金屬的塑性流動達到所需零件的精密成形稿纺。使齒輪精鍛技術的研究向著CAD/CAE/CAM一體化發(fā)展甫碉，促進直齒圓柱齒輪精鍛技術的提高以及向產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)谭驮，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡分享蝗质，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責，也不構(gòu)成任何其他建議齐秕。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布沈机、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺笋敞，不為其版權負責碱蒙。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片夯巷、文字如涉及作品版權問題赛惩，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容鞭莽，以保證您的權益坊秸！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn麸祷。