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齿轮冷精锻成形工艺的研究
程羽郭成李刚邢光汉陈金德
西安交通大学机械工程学院西安
摘要研究了直齿圆柱齿轮的冷精锻过程分析了毛坯形状模具结构等因素对齿轮成形的影响结果显
示大模数高厚度的圆柱直齿轮室温精锻成形的关键是齿腔的完全充满改变毛坯的形状对齿轮的填
充性影响不大通过改进模具结构可以在适当的变形力下保证齿腔的填充
关键词直齿圆柱齿轮冷精锻成形工艺
前言
齿轮作为传递运动和动力的最基本零件之一在工程领域有着非常广泛的应用采用精锻工艺
生产直齿圆柱齿轮是一种极具开发前景的新工艺新技术相对传统切削加工方法而言它不仅可
使齿轮加工的材料利用率由目前的 40%左右提高到 70%以上而且提高齿轮强度 20%以上生产效
率 40%左右因此目前世界上加工技术发达国家都在积极开展这方面的开发研究[1 2]
目前对直齿圆柱齿轮成形的研究主要集中在小模数 m<2 齿轮的精锻工艺的探索方面[3 4] 而
对大模数 m>3 齿轮研究较少本文采用了实验模拟方法对大模数 m=3 高厚度齿厚 d=25
的直齿圆柱齿轮的冷精锻成形工艺进行了研究分析了毛坯形状模具结构等因素对成形的影响
为最终实现直齿圆柱齿轮的冷精锻成形工艺的实用化提供了必要的实验依据
实验设备和实验方法
实验采用工业纯铝模拟钢的冷锻过程直齿圆柱齿轮的相关参数如表 1 所示实验模具结构见
图 1

表齿轮尺寸工件
齿轮齿数 18
凸模
模数 3mm
凹模
齿厚 25mm
带齿形芯棒
压力角 20
弹簧
图 1 实验模具简图
实验在 2000kN 液压万能材料实验机上进行实验速度为 ~ 毛坯表面施加动物油
作为润滑剂采用位移传感器载荷传感器和记录仪记录力行程曲线
试验结果与分析
齿轮成形过程分析
利用图 1 所示模具研究齿轮的成形过程采用表 2 所示符号详细记录齿轮的齿廓面填充情况
所得试验结果如图 2 所示
表材料填充情况记录方法
部位表示符号
未填充大于
上角未填充小于填充良好
未填充大于
中心未填充小于填充良好
未填充大于
下角未填充小于填充良好


1600

1500

kN
/
kN 1400
/

1300
成形载荷
成形载荷
1200

1100
1000

400 500 600 700
行程
成形压力/MPa /mm
图 2 齿轮的填充情况图 3 载荷行程曲线
从图 2 中可以看出齿轮冷精锻过程中由于凹模摩擦力的作用齿轮下部比较容易充满而对
于齿轮上部则是难填充区即使成形力达到了 1600kN 齿轮上角部也未能充满(见图 4a) 因此采用
冷锻方法精密成形齿轮时必须解决难填充区的充满问题





填充不好填充良好
图 4 齿轮轮廓
图 3 所示为齿轮成形的载荷行程曲线由图中可见当压力超过 1000kN 后载荷急剧升高
而压头压下量很小这是由于齿轮冷锻成形力较大齿腔充满比较困难而造成了该区的存在
.毛坯形状的影响
通过改变不同的毛坯形状分析对齿轮冷锻成形性能的影响所得结