汽車變速箱齒輪油槽的結(jié)構(gòu)及成形淺析

譚明皓，賈宏偉，江叔通

（南昌齒輪鍛造廠，江西 南昌 330044）

汽車變速箱齒輪油槽的結(jié)構(gòu)及成形淺析

譚明皓，賈宏偉，江叔通

（南昌齒輪鍛造廠，江西 南昌 330044）

變速箱齒輪工作時需齒輪油進行潤滑和冷卻，為此需在齒輪端面設計油槽。本文介紹了齒輪油槽的結(jié)構(gòu)形式和對應的成形工藝，其中油槽熱鍛成形工藝方案較為經(jīng)濟，但需要具有下頂出機構(gòu)和封閉行程的機械壓力機類設備，以及能夠很好控制下料重量一致性的精密剪床或高速圓盤鋸來實現(xiàn)雙面油槽熱鍛成形工藝。針對雙面油槽齒輪成形中存在的油槽破齒和油槽不通缺陷原因進行分析，并提出改進方案。

熱鍛成形；齒輪油槽；雙面油槽；缺陷

汽車變速箱齒輪工作時需要齒輪油進行潤滑和冷卻，當潤滑不足時，會造成齒輪、軸承等零件過早失效。為保證齒輪在工作中獲得足夠的潤滑，設計時在齒輪端面設計油槽，起到通油作用。油槽的結(jié)構(gòu)不同，其成形工藝也不同。國內(nèi)對齒坯鍛造在油槽方面研究較少，蔣鵬[1]對汽車用齒坯的不同鍛造工藝進行了論述。江叔通等[2]對單面油槽+單面輪輻和雙面油槽+單面輪輻結(jié)構(gòu)齒坯閉式鍛造進行了闡述，并將油槽直接鍛造成形。從已有的研究成果來看，對油槽的結(jié)構(gòu)類型和對應的成形方式未有報道。本文對齒輪油槽的結(jié)構(gòu)和成形進行分析。

1 齒輪油槽的結(jié)構(gòu)

汽車變速箱齒輪在交變載荷下工作，因此對齒輪機械性能要求較高，其毛坯則需要采用鍛造工藝方式使其機械性能達到要求。根據(jù)檔位齒輪的作用和所需潤滑要求，齒輪油槽主要有以下4種形式：圓形油槽、梯形油槽、矩形油槽和V形油槽，如圖1所示。

圖1 齒輪油槽結(jié)構(gòu)

2 齒輪油槽的成形方式

油槽成形方式有：①齒輪鍛造完成后油槽冷壓，可用于所有類型油槽的加工；②齒輪鍛造完成后機加工銑油槽，也可用于所有類型油槽的加工；③油槽熱鍛成形，不能應用于無拔角的油槽（如矩形油槽），如圖2所示。根據(jù)齒輪精度要求，選擇不同成形方式生產(chǎn)。其中冷壓和銑油槽方式需增加工序，而油槽熱鍛成形無需增加工序，同時可節(jié)省油槽處的材料消耗，從成本角度考慮，油槽熱鍛成形更經(jīng)濟。

圖2 齒輪油槽成形方式

齒輪和油槽的結(jié)構(gòu)也決定了成形工藝方案。單面油槽齒輪，油槽可熱鍛成形；雙面油槽齒輪，由于受鍛件厚度尺寸變化的影響，機加工后油槽深度尺寸無法保證，故該種類型油槽一般只鍛單面，另一面油槽通過冷壓或銑削方式成形。若雙面油槽能直接鍛造成形，不但可節(jié)省材料消耗，而且減少工序，加快物流周轉(zhuǎn)時間。

3 雙面油槽熱鍛成形方式

具有雙面油槽的齒輪，油槽熱鍛成形可節(jié)省加工工序和材料消耗，降低生產(chǎn)成本。采用閉式模鍛工藝方案，對鍛造設備的選型和下料重量尤為重要。以下對兩者進行分析。

3.1 鍛造設備選擇

齒輪鍛造設備通常選用模鍛錘、螺旋壓力機或機械壓力機[3]。為實現(xiàn)雙面油槽熱鍛成形，設備必須具有以下2個特點：①齒坯為環(huán)形，結(jié)構(gòu)簡單、對稱，通常采用閉式鍛造，以使材料利用率最大化，因此設備必須具有頂出機構(gòu)；②設備能夠控制鍛件厚度尺寸，否則鍛件成形后油槽深度尺寸無法保證，因此設備的打擊行程必須能夠控制。

錘上模鍛是常用鍛造工藝方案，模鍛錘具有通用性強、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，但該類型設備無頂出機構(gòu)，無法實現(xiàn)閉式模鍛，且打擊能量靠錘頭行程和速度來保證，無法有效控制鍛件厚度，故不選用模鍛錘。

螺旋壓力機具有模鍛錘和機械壓力機的雙重工作特性。螺旋壓力機在工作過程中帶有一定的沖擊作用，滑塊行程不固定，這是錘類設備的工作特點。但它又是通過螺旋副傳遞能量的，當坯料發(fā)生塑性變形時，滑塊和工作臺之間所受的力，由壓力機封閉框架所承受，并形成一個封閉式的力系，這是壓力機的工作特征。因其滑塊行程不固定，無法有效控制鍛件厚度尺寸，故也不選用螺旋壓力機。

機械壓力機是適用于自動化高效率生產(chǎn)的鍛壓機械，也是僅次于鍛錘而被廣泛應用的模鍛設備，其具有載荷為靜壓力，而且變形力由機架本身承受；滑塊行程固定；導向良好，承受偏置能力強；有上、下頂出裝置。該類設備具有頂出裝置，能實現(xiàn)閉式鍛造的鍛件出模，滑塊行程一定，能有效控制鍛件厚度，因此選用該類設備。

3.2 下料重量控制

閉式模鍛為金屬在封閉的模腔內(nèi)流動、成型。因其不產(chǎn)生飛邊，故對下料的重量一致性要求高。下料重量超上差，則會產(chǎn)生較大縱向毛刺，進而影響機加工序；下料重量超下差，則鍛件充不滿，毛坯車不光的概率大。具有雙面油槽的齒輪鍛造時對下料重量的要求更高，尤其是高速檔位齒輪。圖3為某變速箱的二軸六檔齒輪鍛件圖，外徑為?60mm，下料重量的偏差大小對鍛件的厚度尺寸和油槽有較大影響[4]。

當下料重量偏重時，鍛件打不靠（厚度名義尺寸H），實際厚度比名義尺寸厚△H，如圖3所示。毛坯機加工后油槽的深度尺寸則要淺△H，如圖4所示。

圖3 某二軸六檔齒輪鍛件示意圖

圖4 某二軸六檔齒輪粗車示意圖

由公式△m=ρ×v=ρ×πr2×△H，△H=△m/（ρ×πr2）得出：當△m=10g時，△H=0.45mm。計算得出，每10g料的重量偏差，對油槽深度尺寸影響為0.45mm，而若油槽深度公差為±0.3mm時，若下料偏差較大，油槽尺寸則無法保證。

為精確控制下料重量，設備可選擇精密剪床或高速圓盤鋸。精密剪床下料重量控制在10g內(nèi)，圓盤鋸下料長度能控制在0.2mm內(nèi)。外徑?60mm的齒輪重量通常在0.6～0.8kg，鋼材規(guī)格選用?40mm時，坯料的高徑比1.5～2之間，該規(guī)格較為合適。圓盤鋸的下料重量公差為：m=ρ×v=ρ×πr2×L=7.85×103×3.14× 20×20×10-6×0.2≈2g。圓盤鋸在下料重量的控制及端面質(zhì)量上優(yōu)于精密剪，但生產(chǎn)效率低于精密剪，材料損耗則高于精密剪。在滿足工藝要求的基礎上，從整個經(jīng)濟性角度考慮，可選擇精密剪床下料。

4 雙面油槽齒輪存在的缺陷

在鍛造過程中，上下模錯移是不可避免的缺陷，只能依靠設備導軌和模座導向精度[5]來減小，錯移過大則造成油槽成形缺陷。如圖5所示為某變速箱二軸五檔齒輪不合格品，由于油槽錯移大（超過要求0.6mm），造成油槽破齒或油槽不通。

圖5 某變速箱二軸五檔齒輪不合格品圖

熱鍛成形油槽缺陷的控制需從鍛造工藝角度進行消除。如圖6a所示為某變速箱二軸五檔齒輪原鍛造工藝方案，從鍛造工藝角度考慮[6]，該方案較為合理，有利于金屬流動和鍛件成形。但其上端油槽嵌入端面，上下模錯移大，必然造成油槽破齒或油槽不通。齒輪毛坯機加工時，上下模之間存在縱向飛邊而影響裝夾，故裝夾面只能以下模定位，上端的油槽因鍛造時的錯移而存在偏心，零件加工完后油槽偏心導致破齒或油槽不通。為此，將嵌入端的油槽設計在下模，使油槽與機加工裝夾面在同一模腔中成形，如圖6b所示，此方案可避免因錯移而造成雙面油槽齒坯存在的缺陷。

5 總結(jié)

齒輪油槽的結(jié)構(gòu)主要有圓形油槽、梯形油槽、矩形油槽和V型油槽4種，通過冷壓、銑削或熱鍛工藝方式成形。從成本角度考慮，油槽熱鍛成形更為經(jīng)濟。使用具有下頂出機構(gòu)和封閉行程的機械壓力機設備，可將具有雙面油槽的齒輪油槽直接熱鍛成形，但需要精密剪床或高速圓盤鋸下料，以保證下料重量的一致性。對于因上下模錯移而導致齒輪產(chǎn)生油槽破齒或不通的缺陷，在鍛造工藝設計時，應考慮嵌入端油槽與鍛件機加工時的裝夾面在同一模腔中，避免鍛件錯移對油槽產(chǎn)生的缺陷。

圖6 某變速箱二軸五檔齒輪的模具結(jié)構(gòu)圖

[1]蔣 鵬.汽車用齒坯的精密鍛造技術(shù) [J].金屬加工（熱加工），2009，（17）：16-18.

[2]江叔通，孫 建，譚明皓，等.三種典型汽車變速箱齒坯的閉式鍛造工藝淺談[A].第二屆齒、軸專題會議論文集[C].北京：2016：26-32.

[3]姚澤坤.鍛造工藝學與模具設計[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，2007.

[4]李 巖.鍛模設計實用手冊[M].北京：中國知識出版社，2006.

[5]盧建中.摩擦壓力機閉式模鍛齒坯模架結(jié)構(gòu)設計[J].機械管理開發(fā)，2001，（3）：61-62.

[6]余汪洋.齒坯閉式模鍛的模具設計[J].機械工藝師，1994，（4）：12-14.

The analysis of structure and forming of transmission gear oil groove

TAN Minghao,JIA Hongwei,JIANG Shutong
（Nanchang Gear Forging Factory，Nanchang 330044，Jiangxi China）

Transmission gears in the work need gear oil for lubrication and cooling,will be in the gear end face design oil groove.This paper introduces the structure form of the gear oil groove and the corresponding forming technology,in which the hot forging process is more economical,but need to have under the ejection mechanism and closed stroke of the mechanical press equipment,and can realize double side oil groove of hot forging process the weight of material in good agreement under the control of the precision shearing machine or high-speed circular sawing.On the other side,the cause of broken teeth and barrier defects of the double side oil groove gear is analyzed,and the improved scheme is put forward.

Gear oil groove；Double oil groove；Hot forging process；Defect

TG316

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.06.015

1672-0121（2016）06-0057-03

2016-10-14；

2016-11-22

譚明皓（1987-），男，助理工程師，從事汽車變速箱齒坯鍛造工藝開發(fā)。E-mail：tanmh@ncgear.com.cn