齒輪冷擺輾精密成形技術(shù)

　　齒輪冷擺輾精密成形是通過錐形擺頭繞自身軸線自轉(zhuǎn)-繞設(shè)備軸線公轉(zhuǎn)合成的回轉(zhuǎn)搖擺運(yùn)動(dòng)和凹模直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使工件產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形累積整體成形的先進(jìn)成形技術(shù), 具有成形力小、充模效果好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn), 可以成形閉式冷精鍛無法成形的大模數(shù)大直徑齒輪。

　　武漢理工大學(xué)華林團(tuán)隊(duì)自 20 世紀(jì) 90 年代以來, 針對圓錐直齒輪冷擺輾機(jī)理、冷擺輾成形規(guī)律、產(chǎn)品檢測和質(zhì)量控制、冷擺輾齒輪坯料預(yù)處理及長壽命模具設(shè)計(jì)制造等進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究。闡明了圓錐直齒輪擺輾成形-滲碳淬火宏觀精度和微觀組織演變規(guī)律, 確定了齒輪擺輾成形極限, 建立了齒輪冷擺輾成形理論, 發(fā)明了高性能齒輪齒形無切削冷擺輾成形方法, 攻克了模具-電極-預(yù)應(yīng)力圈設(shè)計(jì)制造、擺輾-滲碳淬火測控關(guān)鍵技術(shù), 冷擺輾成形齒輪晶粒細(xì)化、流線連續(xù)分布, 精度 6 ~ 7 級, 取消齒形磨削加工, 提高疲勞壽命 1 ~ 2 倍, 提高生產(chǎn)率 10~20 倍, 在我國首次實(shí)現(xiàn)了高精度乘用車齒輪無切削冷擺輾精密成形制造和規(guī)?；a(chǎn), 并獲得 2005 國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng), 這也是我國齒輪精密塑性成形技術(shù)首次獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

　　根據(jù)圓錐直齒輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和擺輾設(shè)備運(yùn)動(dòng)方式, 圓錐直齒輪冷擺輾成形過程如圖 10 所示。圓錐直齒輪的齒形分布在錐面上且齒形輪廓為直線, 將擺頭設(shè)計(jì)為回轉(zhuǎn)的錐面, 下模為齒形型腔, 擺輾成形時(shí), 在擺頭擺動(dòng)和齒形下模進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的協(xié)同往復(fù)作用下, 齒坯發(fā)生塑性變形填充齒形型腔, 逐漸成形齒輪。由于圓錐直齒輪冷擺輾成形過程是坯料在復(fù)雜模具運(yùn)動(dòng)作用下發(fā)生的局部塑性變形, 且變形區(qū)從上往下依次傳遞, 因此需要從理論上解決圓錐直齒輪穩(wěn)定成形關(guān)鍵技術(shù)問題。本團(tuán)隊(duì)根據(jù)圓錐直齒輪擺輾成形工藝特點(diǎn), 通過幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和塑性力學(xué)研究, 結(jié)合有限元建模仿真分析, 提出了圓錐直齒輪冷擺輾成形條件, 揭示了圓錐直齒輪冷擺輾變形規(guī)律、力能參數(shù)變化特點(diǎn)和微觀組織分布規(guī)律。

　　1.圓錐直齒輪冷擺輾精密成形條件

　　(1) 穩(wěn)定擺動(dòng)輾壓條件

　　為了實(shí)現(xiàn)圓錐直齒輪連續(xù)且穩(wěn)定地輾壓成形, 齒坯需要在擺輾成形過程中始終與下模保持相對靜止, 即必須保證作用于齒坯局部變形區(qū)水平方向拖曳力小于齒坯靜摩擦力, 且齒坯在下模進(jìn)給方向受力必須平衡, 因此, 根據(jù)圓錐直齒輪冷擺輾成形穩(wěn)定輾壓力學(xué)模型、庫倫摩擦條件和幾何運(yùn)動(dòng)關(guān)系可得到圓錐直齒輪冷擺輾成形穩(wěn)定輾壓條件, 如式 (2) 所示。

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　　式中: s 為下模每轉(zhuǎn)進(jìn)給量; R₀ 為齒坯初始半徑; γ 為擺頭擺角; μ₁、μ₂ 分別為擺頭與齒坯上表面和下模與齒坯下表面摩擦因數(shù)。

　　(2) 塑性鍛透條件

　　圓錐直齒輪冷擺輾成形穩(wěn)定輾壓條件是齒輪擺輾變形的必要條件, 但并不能保證整個(gè)齒坯發(fā)生塑性變形而成形出形狀較好的齒形。在圓錐直齒輪冷擺輾成形過程中, 塑性變形區(qū)的形狀和大小對齒輪變形均勻性、金屬材料流動(dòng)和力能參數(shù)有重要的影響。而塑性變形區(qū)是由擺頭局部接觸齒坯上表面發(fā)生塑性變形而產(chǎn)生的, 隨著時(shí)間的變化而變化, 因此為了保證成形齒形精度, 必須保證塑性變形區(qū)從坯料上表面穿透到整個(gè)齒坯高度才能實(shí)現(xiàn)齒坯高度減小齒形形成的塑性變形, 即需要滿足鍛透力學(xué)條件。根據(jù)圓錐直齒輪冷擺輾成形塑性變形區(qū)變化特點(diǎn)、滑移線場理論等, 可推導(dǎo)出圓錐直齒輪冷擺輾成形塑性鍛透條件, 如式 (3) 所示。

　　式中: H₀ 為初始高度; v 為下模進(jìn)給速度; t 為擺輾成形時(shí)間。

　　在給定坯料尺寸、擺頭擺角和下模進(jìn)給速度條件下, 為了保證圓錐直齒輪冷擺輾成形過程中連續(xù)穩(wěn)定地輾壓成形且成形出形狀較好的齒形, 下模每轉(zhuǎn)進(jìn)給量可以根據(jù)式 (2) 和式 (3) 來確定。

　　2.圓錐直齒輪冷擺輾變形規(guī)律

　　(1) 有限元模型

　　基于圓錐直齒輪成形規(guī)律和生產(chǎn)組織, 提出了圓錐直齒輪冷擺預(yù)成形+冷擺輾終成形的兩步成形工藝。根據(jù)冷擺輾模具型腔設(shè)計(jì)、電極設(shè)計(jì)和成形鍛件之間的關(guān)系確定了兩步成形工藝中的預(yù)鍛件圖和終鍛件圖。為了保證成形齒輪的質(zhì)量, 將成形模擬過程分為齒形填充和表面精整兩個(gè)階段, 根據(jù)圓錐直齒輪冷擺輾穩(wěn)定成形條件和鍛透條件, 給出了模擬過程擺頭轉(zhuǎn)速與凹模進(jìn)給速度的設(shè)計(jì)方案和齒坯設(shè)計(jì)方案, 利用剛塑性原理建立了兩步擺輾成形工藝有限元模型, 如圖 11 所示。

　　(2) 幾何形狀演變特點(diǎn)

　　圓錐直齒輪兩步冷擺輾形狀演變?nèi)鐖D 12 所示。在擺輾預(yù)成形初期, 擺頭與齒坯上表面先發(fā)生接觸, 接觸區(qū)材料先發(fā)生變形, 在擺頭擺動(dòng)和凹模進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的作用下, 工件高度減小、工件上表面直徑略微增加同時(shí)凹模與毛坯的下側(cè)面發(fā)生接觸, 該區(qū)域金屬開始發(fā)生塑性變形; 由于擺頭周期性擺動(dòng), 靠近擺頭的金屬流動(dòng)速度比靠近凹模的金屬流動(dòng)速度要大得多, 從而呈現(xiàn)出 “蘑菇形” 效應(yīng)。隨著擺輾終成形過程的繼續(xù), 齒坯進(jìn)入穩(wěn)定成形階段, 齒形輪廓逐漸成形, 并逐漸向大端擴(kuò)展, 且大端齒形先充滿, 而且在大端齒形之間開始形成飛邊, 在成形的最后階段, 由于金屬徑向流動(dòng)阻力急劇增大, 迫使多余金屬向齒形小端流動(dòng)從而成形小端齒形。

　　(3) 成形材料流動(dòng)特點(diǎn)

　　圖 13 為圓錐直齒輪兩步冷擺輾成形過程中金屬流動(dòng)速度場分布特點(diǎn)。由于擺輾成形是擺頭與坯料局部接觸施加載荷使金屬發(fā)生塑性變形, 因此在預(yù)擺輾成形和終擺輾成形過程中, 工件變形區(qū)可分為與擺頭接觸的主動(dòng)變形區(qū)及未與擺頭接觸的被動(dòng)變形區(qū)。在預(yù)擺輾成形階段, 主動(dòng)變形區(qū)金屬在擺頭和凹模共同作用下主要沿坯料徑向流動(dòng), 是坯料發(fā)生塑性變形的主要?jiǎng)恿?。被?dòng)變形區(qū)的金屬未受 到擺頭的直接作用, 而是在凹模向上擠壓的同時(shí)受到主動(dòng)變形區(qū)的牽連作用下而發(fā)生微弱的背離下形腔的運(yùn)動(dòng), 而且主動(dòng)變形區(qū)的金屬流動(dòng)速度明顯大于被動(dòng)變形區(qū)的金屬流速。

　　(4) 成形力能參數(shù)變化規(guī)律

　　圖 14 所示為圓錐直齒輪兩步冷擺輾成形過程中軸向載荷-時(shí)間曲線。分析發(fā)現(xiàn), 在預(yù)擺輾成形和終擺輾成形過程中, 軸向載荷變化特點(diǎn)均可分為 4 個(gè)階段。在預(yù)擺輾成形過程中, 第 1 階段擺頭中部的凸臺與坯料接觸, 接觸區(qū)域金屬發(fā)生塑性變形, 因此軸向載荷迅速從零增加到某一值; 隨著變形的進(jìn)行, 擺頭逐漸接觸坯料的整個(gè)上端面, 軸向載荷急劇增大至相應(yīng)的數(shù)值, 即第 2 階段; 第 3 階段坯料到達(dá)了齒形填充階段, 軸向載荷先緩慢增加, 隨后迅速達(dá)到峰值。在預(yù)擺輾成形最后階段, 凹模停止了軸向進(jìn)給, 導(dǎo)致軸向成形力迅速降低。終擺輾成形與預(yù)擺輾成形不同之處是在第 3 階段 (齒形完整充填型腔階段), 前者的金屬流動(dòng)阻力更大, 軸向載荷迅速增加到峰值, 其峰值載荷遠(yuǎn)高于預(yù)擺輾成形階段峰值載荷。

　　(5) 微觀組織演變規(guī)律

　　為了研究圓錐直齒輪擺輾成形-滲碳淬火微觀組織演化規(guī)律, 以等溫球化退火的 20CrMnTi 齒輪鋼為坯料實(shí)驗(yàn)材料, MoS₂ 為潤滑劑, 按照棒坯-預(yù)擺輾成形-退火-終擺輾成形進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 得到冷擺輾成形圓錐直齒輪, 然后對齒輪沿不同方向不同位置截取試樣進(jìn)行金相分析和硬度測試, 得到圓錐齒輪冷擺輾成形微觀組織分布特點(diǎn), 如圖 15 所示。研究發(fā)現(xiàn): 齒廓部位的晶粒發(fā)生顯著變形, 晶粒被拉長, 原始組織中的少量片狀珠光體也因塑性變形而破碎, 形成沿變形方向分布的顆粒狀碳化物; 從齒頂表面到齒根表面的晶粒的變形程度逐漸增大, 特別是齒根表面晶粒已經(jīng)呈明顯的纖維狀; 心部的晶粒形狀基本不發(fā)生變化, 僅鐵素體晶界上聚集分布著顆粒狀碳化物, 局部晶界處的碳化物分布較為密集。冷擺輾變形后, 齒廓處為分布均勻的等軸細(xì)小晶粒, 其大小約為 15 μm。在距齒廓 400 ~ 900 μm 處, 晶粒更加細(xì)小, 約為 10 μm 左右。

　　利用蔡司 ULTRA PLUS-43-13 場發(fā)射掃描電子顯微鏡對齒頂、分度圓和齒根處進(jìn)行了 DBSD 分析, 得到了齒輪表面織構(gòu)分布特點(diǎn), 如圖 16 所示。分析發(fā)現(xiàn): 隨著變形量的增加, 沿晶粒拉長方向大角度晶界的間距減小。當(dāng)?shù)竭_(dá)齒廓時(shí), 大角度晶界的間距非常小, 晶界幾乎平行于 RD 方向。經(jīng)過冷擺輾后, 輪齒表面的金屬受不同程度的塑性變形, 織構(gòu)發(fā)生明顯的變化。齒頂處織構(gòu)方向性并不明顯, 但在分度圓處織構(gòu)形成了很強(qiáng)的方向性, 占主導(dǎo)地位的織構(gòu)組分為 {112} < 110 >和 {110}<112>; 當(dāng)變形量達(dá)到最大時(shí), 齒根處織構(gòu)的方向性更強(qiáng), 占主導(dǎo)地位的織構(gòu)組分為 {112} <110> 和 {111}<110>。

　　齒輪復(fù)合精鍛成形技術(shù)

　　21 世紀(jì)以來, 汽車輕量化電動(dòng)化發(fā)展要求精密塑性成形制造更高精度、更大模數(shù)和尺寸的高性能齒輪。為此, 武漢理工大學(xué)、華中科技大學(xué)與江蘇太平洋精鍛科技公司等合作, 綜合了冷精鍛、熱精鍛和局部變形整體成形優(yōu)點(diǎn), 將齒輪冷擺輾技術(shù)擴(kuò)展到熱精鍛+冷擺輾等齒輪復(fù)合精密成形技術(shù), 并開發(fā)了系列齒輪精密成形自動(dòng)化產(chǎn)線, 批量精密成形制造新能源乘用車圓錐直齒輪、圓柱直齒輪、結(jié)合齒輪等。齒輪復(fù)合精鍛成形技術(shù)是將冷、熱精鍛工藝進(jìn)行組合完成齒輪的精密成形鍛造, 充分利用了熱鍛材料塑性好、流動(dòng)應(yīng)力低, 齒輪主要變形過程用熱鍛完成; 而冷鍛成形精度髙, 齒形部分主要尺寸形狀用冷精鍛終成形完成, 從而得到高精度高性能的齒輪零件。齒輪復(fù)合精鍛技術(shù)具有材料利用率高、生產(chǎn)效率高及成形齒輪精度高等優(yōu)點(diǎn), 特別適合材料強(qiáng)度高、形狀復(fù)雜、成形精度要求高的大模數(shù)大尺寸齒輪的成形制造。

　　近年來, 武漢理工大學(xué)華林教授團(tuán)隊(duì)針對航空齒輪材料強(qiáng)度高、難變形及性能要求高等特點(diǎn), 提出了熱擺輾預(yù)成形+冷擺輾精整的復(fù)合擺輾成形技術(shù), 主要工藝過程如圖 17 所示。通過建立變形-傳熱耦合的剛粘塑性有限元模型分析優(yōu)化了航空齒輪復(fù)合擺輾成形過程, 并進(jìn)行了熱-冷擺輾復(fù)合成形工藝實(shí)驗(yàn), 如圖 18 所示。

　　三、齒輪精密成形裝備與產(chǎn)線

　　齒輪成形裝備與產(chǎn)線是實(shí)現(xiàn)齒輪精密塑性成形制造的關(guān)鍵。為了滿足齒輪成形制造的高精度、高效率、綠色化和智能化, 齒輪成形裝備應(yīng)具有較好的剛性、精密的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、多向協(xié)同運(yùn)動(dòng)能力、生產(chǎn)工序的自動(dòng)監(jiān)控和自動(dòng)檢測等特點(diǎn)。齒輪冷精鍛成形的主要工藝流程為: 下料→ 球化退火→ 磷皂化→ 預(yù)成形→ 退火 →磷皂化→ 冷精鍛終成形→ 切飛邊 →熱處理 →檢驗(yàn)等。齒輪熱精鍛成形的主要工藝流程為: 下料 →加熱→ 潤滑→ 制坯 →預(yù)鍛熱成形→ 熱精鍛終成形→ 切飛邊 →熱處理 →檢驗(yàn)等。齒輪復(fù)合精鍛成形的主要工藝流程為: 下料→ 加熱→ 潤滑 →制坯 →熱鍛/溫鍛成形 →切飛邊→ 熱處理→ 冷精鍛→ 熱處理 →檢驗(yàn)等。表 2 為齒輪精密成形各工藝流程所用設(shè)備。

　　齒輪熱精鍛成形常用的設(shè)備有高能螺旋壓力機(jī)、熱模鍛壓力機(jī)和離合器式螺旋壓力機(jī)等。齒輪冷精鍛成形常用的設(shè)備有冷鍛壓力機(jī)、冷擠壓機(jī)和冷擺輾機(jī)等。熱模鍛機(jī)械壓力機(jī)通常采用偏心軸、曲軸連桿、楔式和肘桿機(jī)構(gòu)。冷鍛壓力機(jī)與熱模鍛壓力機(jī)結(jié)構(gòu)類似, 但剛性、速度和偏載能力與熱模鍛壓力機(jī)不同。模鍛液壓機(jī)是利用油或水作為動(dòng)力介質(zhì), 有三梁四柱或者框架結(jié)構(gòu)。小型模鍛液壓機(jī)可用于精密齒輪鍛造、擠壓或者復(fù)合成形工藝。冷擺輾機(jī)主要有瑞士 Schmid 公司生產(chǎn)的 T200 和 T630 型, 適合直徑為 Φ200 mm 左右的齒輪冷擺輾精密成形, 但其造價(jià)太高。為了降低冷擺輾機(jī)造價(jià), 國內(nèi)一些研究院所和工廠相繼設(shè)計(jì)研究了多種規(guī)格擺輾機(jī), 但精密成形穩(wěn)定性不夠。

　　近年來, 武漢理工大學(xué)華林教授團(tuán)隊(duì)基于冷擺輾幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和成形力學(xué)規(guī)律, 發(fā)明了冷擺輾機(jī)新型運(yùn)動(dòng)軌跡, 提出了多軌跡、小振動(dòng)高性能齒輪新型冷擺輾機(jī)設(shè)計(jì)方法, 研制了 300T 冷擺輾成形裝備。在此基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步消除單錐輥擺輾機(jī)偏心加載缺點(diǎn), 研制了國際首臺 500T 雙錐輥擺輾機(jī), 實(shí)現(xiàn)了薄腹板齒輪平衡加載成形, 相關(guān)設(shè)備如圖 19 所示。

　　為了進(jìn)一步提高齒輪精密成形效率和質(zhì)量, 許多企業(yè)相繼開發(fā)和應(yīng)用了多工位齒輪熱精鍛/ 冷精鍛自動(dòng)化產(chǎn)線, 正在向著齒輪精密成形智能自動(dòng)化方向發(fā)展。目前江蘇太平洋精鍛公司已經(jīng)建設(shè)多條齒輪精密成形自動(dòng)化生產(chǎn)產(chǎn)線, 該公司的某條 C2F-25 圓錐直齒輪自動(dòng)化精鍛線可實(shí)現(xiàn)毛坯自動(dòng)上料-坯料自動(dòng)化中頻感應(yīng)加熱-毛坯自動(dòng)進(jìn)料到工位-多工位自動(dòng)鍛造和搬運(yùn)-自動(dòng)模具冷卻潤滑-自動(dòng)快速換模-自動(dòng)裝框等多工位熱精鍛自動(dòng)化生產(chǎn), 顯著提高了齒輪生產(chǎn)效率、模具壽命和產(chǎn)品精度。

　　四、齒輪精密成形技術(shù)應(yīng)用

　　隨著節(jié)能與新能源汽車國際競爭日益加劇, 要求汽車傳動(dòng)齒輪重量輕、強(qiáng)度高、精度高、成本低, 具有節(jié)省材料能源、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率的齒輪精密成形技術(shù)應(yīng)用發(fā)展更加快速。精度要求不高的商用車齒輪廣泛應(yīng)用熱精鍛成形技術(shù), 精度要求高的乘用車齒輪廣泛應(yīng)用冷精鍛成形技術(shù)、熱精鍛-冷精鍛復(fù)合成形技術(shù)。

　　齒輪無切削熱精鍛成形

　　商用車、拖拉機(jī)和工程機(jī)械等差速器圓錐直齒輪精度 9~ 10 級, 目前已廣泛應(yīng)用齒形無切削熱精鍛成形生產(chǎn)。汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的德國、日本和美國等國家自 20 世紀(jì) 60 年代以來, 逐步實(shí)現(xiàn)了商用車差速器圓錐直齒輪無切削精密熱鍛成形批量生產(chǎn)。我國自 20 世紀(jì) 80 年代以來, 逐步實(shí)現(xiàn)了商用車差速器圓錐直齒輪無切削精密熱鍛成形批量生產(chǎn)。熱精鍛設(shè)備主要有摩擦壓力機(jī)、電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)等, 熱精鍛成形齒輪模數(shù) 2~12, 直徑 Φ300 mm 左右。

　　齒輪無切削冷精鍛成形

　　乘用車齒輪精度為 6~ 7 級, 熱精鍛成形不能滿足精度要求。20 世紀(jì) 90 年代武漢理工大學(xué)開發(fā)了圓錐直齒輪冷擺輾精密成形技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了齒形無切削成形制造。先后與湖北車橋公司、江蘇太平洋精鍛公司等合作, 建設(shè)了乘用車圓錐直齒輪無切削冷擺輾精密成形產(chǎn)線, 率先實(shí)現(xiàn)了我國高精度乘用車齒輪無切削冷擺輾精密成形規(guī)模化生產(chǎn)。齒輪冷擺輾連續(xù)局部變形, 抗力小、精度高、金屬流線連續(xù)、晶粒組織細(xì)化, 大幅提高了齒輪疲勞性能和使用壽命, 使我國汽車齒輪技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平進(jìn)入國際先進(jìn)行列。在齒輪冷擺輾精密成形技術(shù)和產(chǎn)線基礎(chǔ)上, 武漢理工大學(xué)、華中科技大學(xué)與江蘇太平洋精鍛科技公司等合作, 進(jìn)一步開發(fā)了冷精鍛、冷擠壓、熱精鍛+冷精鍛/冷擺輾等齒輪復(fù)合精密成形技術(shù)與產(chǎn)線, 實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與新能源汽車變速器齒輪、同步器齒環(huán)、差速器齒輪等系列齒輪零件規(guī)?；a(chǎn)。冷精密成形齒輪產(chǎn)品不僅廣泛用于一汽、東風(fēng)、上汽、北汽、廣汽、吉利和比亞迪等我國主流車型, 還與奔馳、寶馬和特斯拉等國際著名車型配套, 顯著提升了我國汽車齒輪零件國際市場競爭力。典型無切削冷精密成形齒輪產(chǎn)品如圖 20 所示。

　　五、齒輪精密成形技術(shù)發(fā)展

　　圓錐螺旋齒輪精密成形技術(shù)

　　圓錐螺旋齒輪可以用來傳遞相交軸之間的速度和轉(zhuǎn)矩, 具有重合度高、承載能力強(qiáng), 傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn), 是汽車、航空航天裝備重要傳動(dòng)零件。目前, 國內(nèi)外齒輪制造企業(yè)仍然采用預(yù)鍛齒坯+銑齒+磨齒方式生產(chǎn)圓錐螺旋齒輪, 存在加工效率低、材料利用率低、疲勞性能差等問題, 無法滿足汽車、航空航天裝備發(fā)展需求。近幾十年來, 雖然國內(nèi)外研究人員針對圓錐螺旋齒輪精密成形進(jìn)行了許多探索研究, 但圓錐螺旋齒輪復(fù)雜形狀難以充模成形和脫模等問題一直未能解決。近年來, 武漢理工大學(xué)華林團(tuán)隊(duì)針對圓錐螺旋齒輪復(fù)雜形狀幾何特點(diǎn), 提出了圓錐螺旋齒輪多自由度包絡(luò)成形新方法, 并進(jìn)行了包絡(luò)成形工藝實(shí)驗(yàn)。

　　基于多自由度包絡(luò)成形原理, 對于難成形的圓柱螺旋齒輪、圓錐螺旋齒輪等復(fù)雜形狀齒輪, 武漢理工大學(xué)研制了國際首臺 800T 六自由度空間包絡(luò)成形裝備, 實(shí)現(xiàn)了航空圓錐螺旋齒輪、面齒輪等多自由度包絡(luò)成形制造。應(yīng)用該設(shè)備成形的航空螺旋錐齒輪、航空面齒輪如圖 21 所示。

　　非圓錐直齒輪熱精鍛成形技術(shù)

　　非圓錐直齒輪屬于變速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 能夠執(zhí)行許多圓錐直齒輪難以執(zhí)行的特殊傳動(dòng)模式, 因此非常適合用于具有特種性能需求的傳動(dòng)裝置。由于非圓錐直齒輪節(jié)曲線為空間型曲線, 幾何形狀更為復(fù)雜, 各齒上的金屬流動(dòng)過程存在顯著差異, 因此其成形難度更大。目前, 非圓錐直齒輪主要采用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。根據(jù)非圓錐直齒輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 武漢理工大學(xué)華林團(tuán)隊(duì)開發(fā)了下料-加熱-預(yù)制坯-終鍛非圓錐直齒輪熱精鍛成形工藝, 提出了通過分割齒區(qū)間轉(zhuǎn)換為具有扇形截面的扇形柱體的思路來建立預(yù)制坯精確設(shè)計(jì)方法, 實(shí)現(xiàn)了非圓錐直齒輪熱精鍛成形, 如圖 22 所示。

　　六、結(jié)語

　　齒輪是機(jī)械裝備的核心基礎(chǔ)件, 對高端裝備性能及壽命有著重要影響。以高性能航空圓錐螺旋齒輪、面齒輪等完整流線精密成形技術(shù)與應(yīng)用為代表的高端齒輪先進(jìn)制造技術(shù)亟待突破, 我國塑性成形科技工作者面臨著光榮使命。通過產(chǎn)學(xué)研密切合作, 一定會使我國高端齒輪精密成形技術(shù)與裝備實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新, 走在世界前列。

　　參考文獻(xiàn)略.