同步器齒套倒錐齒塑性成形的工藝分析

朱民益

(上海汽車變速器有限公司,上海 201800)

隨著汽車的普及,汽車變速器壽命及其換檔性能已經(jīng)越來越受到關(guān)注。同步器齒套是汽車變速器關(guān)鍵零部件。變速器換檔通過齒套的滑動(dòng)與結(jié)合齒嚙合來傳遞動(dòng)力,帶動(dòng)同步器齒轂轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)變速換檔。因此齒套的設(shè)計(jì)與加工精度將直接影響變速器的壽命及換檔性能。設(shè)計(jì)上,為了防止跳排或脫檔,齒套一般在嚙合端部設(shè)計(jì)成倒錐齒,倒錐齒的角度一般為2°～4°30′(圖1)。這給加工帶來了困難。

1 傳統(tǒng)倒錐的成形方法

目前國(guó)內(nèi)外倒錐齒的成形主要采用以下幾種方法:滾軋法、插齒法、飛刀法、脹擠法。滾軋法利用軋輪與工件作正反向的嚙合來成形,加工簡(jiǎn)單,效率比較高,但其加工精度較差,左、右齒面不對(duì)稱。插齒法是國(guó)內(nèi)比較傳統(tǒng)的倒錐成形方法,利用調(diào)整插齒機(jī)主軸與工件軸線形成角度,來展成加工倒錐,適應(yīng)性比較廣,但是加工效率很低,并且產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)一定要留退刀槽。飛刀法由刀軸及齒套同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng),在旋轉(zhuǎn)過程中,偏心倒錐刀片將倒錐余量切削,其加工效率與質(zhì)量都能夠得到保證,但主要存在于一些組合專機(jī)中,設(shè)備價(jià)格較貴。脹擠法是一種塑性成形法,實(shí)際生產(chǎn)中由壓力機(jī)擠壓脹擠刀變形,壓迫齒套工作面隨脹擠刀變形,倒錐成形;其成形原理簡(jiǎn)單,精度與效率較高,但換模復(fù)雜、調(diào)整麻煩,進(jìn)口刀具(圖2)采購(gòu)周期長(zhǎng)、價(jià)格較貴,不適合產(chǎn)品試制與工程試驗(yàn)。

2 塑性成形加工原理

作為同步器專業(yè)企業(yè),如何能夠不斷的換模進(jìn)行工程試驗(yàn),并達(dá)到設(shè)計(jì)精度,同時(shí)又能夠保證產(chǎn)品試制與批產(chǎn)采用同一種加工方式,將是一個(gè)非常棘手的問題。為此,企業(yè)經(jīng)論證,采用脹擠原理,設(shè)計(jì)工裝刀具,發(fā)揮脹擠工藝的高效節(jié)材,精度高的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)降低試制階段的高昂成本。

塑性成形加工原理及加工過程如下:(見圖3)

(1)工件8安裝:由于初始擠壓刀1為自由狀態(tài),擠壓刀1必須收縮,才能保證工件8齒面與擠壓刀1齒面安裝時(shí)不干涉。閥口a加壓,一般壓力不小于0.3MPa,使拉環(huán)4向下運(yùn)動(dòng),通過錐面壓力使擠壓刀1向內(nèi)收縮,工件8放入。

(2)擠壓刀1恢復(fù)自由狀態(tài):放松閥口a,由于擠壓刀1彈性恢復(fù),通過錐面?zhèn)鬟f到拉環(huán)4,使拉環(huán)4恢復(fù)放松狀態(tài),保證擠壓力1在擠壓過程中的變形空間。

(3)預(yù)緊工件8外徑:通過進(jìn)氣塊6閥口b加壓,一般壓力為0.6～0.8MPa,帶動(dòng)壓力環(huán)3向內(nèi)作用于預(yù)緊圈2,使預(yù)緊圈2有向內(nèi)預(yù)緊力;保證在擠壓時(shí)工件8外徑處于預(yù)緊狀態(tài),避免塑性成形倒錐時(shí)工件8整體變形。

(4)塑性成形倒錐齒:上模7合下,通過錐面壓迫擠壓刀1向外變形擠壓工件8齒面,達(dá)到塑性變形。在合模過程中,根據(jù)工件材料的不同,選擇不同的合模延遲時(shí)間,以防止合模時(shí)間過短而導(dǎo)致彈性變形或倒錐齒變形不均。

(5)工件8取出:上模7脫離,擠壓刀1彈性恢復(fù);閥口a加壓,取出工件。同時(shí)安裝待加工件。

3 擠壓刀設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

塑性成形的關(guān)鍵,在于擠壓刀的設(shè)計(jì)與制造。由于國(guó)內(nèi)刀具專用彈性粘接劑技術(shù)還不夠成熟,因此在實(shí)際試制中,我們?cè)谠O(shè)計(jì)上采用整體式結(jié)構(gòu)。試制過程中必須注意以下事項(xiàng):(見圖4)

(1)引導(dǎo)錐角與彈性壁的選擇 由于工件安裝后,擠壓刀的復(fù)位是依靠彈性壁4的彈性,通過引導(dǎo)錐角3作用于拉環(huán)使其自動(dòng)復(fù)位。因此在設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮彈性力的大小及引導(dǎo)錐角的錐度。設(shè)計(jì)中,彈性壁4的厚度根據(jù)工件的大小、擠壓刀刃口的多少來設(shè)定,一般取5～15mm為合適;引導(dǎo)錐角主要是避免錐面自鎖,導(dǎo)致安裝早期失效。一般取引導(dǎo)錐角15°～20°為合適。

(2)擠壓錐角的選擇 由于合模時(shí),確定的設(shè)備其壓力基本一致。設(shè)計(jì)上在滿足壓力的前提下,還必須充分考慮工作塑性變形的速度。擠壓錐角1的合理選擇,將有利于壓力漸近的作用于擠壓刃2上,使得倒錐工作面平穩(wěn)變形。一方面可以減小工件的受壓沖擊力,減小工件的變形,防止應(yīng)力集中;同時(shí)又能夠延長(zhǎng)擠壓刀的壽命。一般擠壓錐角1的選擇為25°～40°為合適。

(3)擠壓刃的選擇 經(jīng)過瞬間合模,上模離開擠壓刀,擠壓刃2離開加工倒錐面時(shí),加工錐面會(huì)產(chǎn)生微量彈性變形,造成被加工錐面精度失真。因此在刀具設(shè)計(jì)時(shí)要考慮材料的塑性變形及金屬流向。一般擠壓刀的齒根徑向系數(shù)留大些,以保證因擠壓后工件產(chǎn)生塑性變形,為多余金屬的流動(dòng)留出容納空間。

(4)合模位置的選擇 擠壓錐角1確定后,合適的合模位置將保證工件錐面的充分塑性變形,同時(shí)保證加工的一致性。實(shí)際生產(chǎn)中,一般在上下模中安裝導(dǎo)柱導(dǎo)套及上下限位,保證每次合模的狀態(tài)一致性。

4 結(jié)語

(1)利用本塑性成形工藝可以實(shí)現(xiàn)脹擠同步器齒套倒錐齒的成型,能夠達(dá)到圖紙精度要求。

(2)與進(jìn)口設(shè)備或刀具相比,成本大幅下降,只是它的幾分之一,而精度達(dá)到同等水平。

(3)與插齒法相比,同樣能夠完成特殊齒的加工要求,而生產(chǎn)效率則成倍提高。

(4)與滾軋法相比,可以達(dá)到相同的效率,而在精度和適用性上大幅提高。

[1]曹瑞.同步器齒套倒錐齒加工工藝.機(jī)械工藝師,2001(5).