文/ 張清林?江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇?日本小松技術(shù)士事務(wù)所，江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

溫鍛與冷鍛之基本（連載十一）

文/ 張清林?江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇?日本小松技術(shù)士事務(wù)所，江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

鍛造傘齒輪的切削加工準(zhǔn)備

在連載十中我們已經(jīng)介紹了用溫鍛的方法制造傘齒輪的閉塞鍛造模具的動(dòng)作原理，歸納一下就是在上、下模的結(jié)合部雕刻出需要得到零件的空間(模具空腔)，從上、下兩方強(qiáng)力擠壓并合攏閉合，使得素材填充到空腔內(nèi)的所有空間。內(nèi)腔的尺寸精度和形狀精度越高，就越能夠得到形狀和尺寸好的成形零件。形狀和尺寸精度良好的鍛件只需要簡(jiǎn)單的切削加工就可以成為汽車(chē)上的構(gòu)造部件，因而可顯著提高材料的利用率、縮短加工時(shí)間、降低生產(chǎn)成本。

在連載十中介紹的傘齒輪的軸孔和軸根部也需要切削加工，對(duì)于切削時(shí)使用的夾具、治具要經(jīng)過(guò)充分的研究討論才能確定。鍛造出來(lái)的傘齒輪在經(jīng)過(guò)了切削加工后在整體精度上會(huì)受到很大程度的影響，此時(shí)切削加工的基準(zhǔn)便成為了決定性因素，所以在設(shè)計(jì)傘齒輪時(shí)就必須考慮到切削加工時(shí)夾持部分(齒面或根部)的形狀以及夾持的方法。傘齒輪是裝在軸或軸承上進(jìn)行回轉(zhuǎn)的，因此與軸或軸承箱配合的幾何公差、尺寸公差都必須有良好的精度。

切削加工是將鍛造成形的素材安裝在加工機(jī)械上進(jìn)行的，在確定夾持位置前首先要確定零件的基準(zhǔn)，而對(duì)于傘齒輪來(lái)說(shuō)它是要與另一個(gè)傘齒輪嚙合起來(lái)工作的，嚙合精度非常重要，因此應(yīng)將傘齒輪的齒作為基準(zhǔn)面。把作為基準(zhǔn)的位置確定下來(lái)后，就要首先要求這個(gè)基準(zhǔn)位置必須具有良好的位置精度和基準(zhǔn)面上的齒形精度，而這些精度的保證要來(lái)自鍛造的工藝和模具，因此在確定鍛造的工序和模具時(shí)就要考慮到這些問(wèn)題，這是非常重要的。一般來(lái)說(shuō)，要制作一個(gè)與傘齒輪被夾持部位的齒形完全吻合的治具來(lái)滿足切削加工的需要，而要得到鍛造素材的正確齒形就需要采用精密閉塞鍛造的方法來(lái)進(jìn)行鍛造加工，如圖1所示。

圖1 閉塞鍛造的傘齒輪在切削加工時(shí)的定位

由于與齒面吻合的治具直接關(guān)系到鍛造素材齒形和傘齒輪中心軸的相對(duì)位置，因此治具必須要經(jīng)過(guò)精密的齒形加工和耐磨損的淬火處理。將治具與傘齒輪的齒面吻合找出傘齒輪的軸心，將這個(gè)軸心作為傘齒輪的加工基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行齒輪根部外徑和內(nèi)孔的切削加工。

等速萬(wàn)向節(jié)星形齒輪的閉塞鍛造模具

到現(xiàn)在為止，我們介紹的鍛造成形品(包括傘齒輪)都是全對(duì)稱(chēng)的形狀，鍛造這樣的對(duì)稱(chēng)品時(shí)基本上都是由鍛造壓力機(jī)的上下運(yùn)動(dòng)也可以說(shuō)是由滑塊的下降動(dòng)作完成的。而如圖2、3所示的等速萬(wàn)向節(jié)用的產(chǎn)品，它們的特點(diǎn)是既有軸向?qū)ΨQ(chēng)的一面，又有素材材料必須向徑向流動(dòng)的要求。

在沖壓加工中，當(dāng)沖床施加給素材的力與素材材料的流動(dòng)方向一致時(shí)沖床所承受的負(fù)荷是最小的，這是最為合理的。剪切、拉深同樣要根據(jù)沖壓加工的原理制定力的施加方向。而鍛造加工所需要的變形應(yīng)力是拉深、剪切加工的數(shù)倍，因此對(duì)于鍛造加工來(lái)說(shuō)施力的方向就尤為重要。在大多數(shù)的鍛造加工中必須要使材料向與負(fù)荷方向垂直的方向流動(dòng)。

圖2、3中的成形品也并不是必須要用閉塞鍛造的方法來(lái)生產(chǎn)，用傳統(tǒng)的模鍛方法也可以制造出來(lái)。但是傳統(tǒng)的模鍛方法的最大問(wèn)題是上、下模板不能完全地閉合，因此加工出來(lái)的部件會(huì)產(chǎn)生鍛造飛邊。

圖2 利用閉塞鍛造方法加工的部品

圖3 利用閉塞鍛造方法加工的部品和圓棒素材

如圖4所示是三叉聯(lián)軸器的閉塞鍛造模具，從圖上可以看到，三叉聯(lián)軸器的閉塞鍛造模具是由上閉塞模和下閉塞模組合而成的，在上、下模的結(jié)合處形成了要加工成形零件的形狀。

圖4所顯示的是三叉聯(lián)軸器鍛造用閉塞模具到達(dá)滑塊下死點(diǎn)、剛剛完成了閉塞鍛造的狀態(tài)，下面對(duì)此模具的動(dòng)作做個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

1—上閉塞活塞 2—上模頂料桿 3—上閉塞氣缸 4—上給油孔5—驅(qū)動(dòng)錐板行程調(diào)整 6—模具接合面7—模板下降的控制錐板連桿(與滑塊上下運(yùn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)) 8—驅(qū)動(dòng)錐板 9—水平驅(qū)動(dòng)錐板 10—下進(jìn)油孔 11—下模氣缸12—下模頂料桿 13—下?；钊?14—下沖頭 15—下模板16—閉塞鍛造成形品(三叉聯(lián)軸器) 17—上模板 18—上沖頭

⑴滑塊在上死點(diǎn)停止。

⑵在模具被打開(kāi)的狀態(tài)下將圓棒素材插進(jìn)來(lái)，如圖5所示。

⑶滑塊下降，在上、下油壓氣缸的作用下模具被閉塞(油壓是可變的)。如圖6所示，上頂料桿與滑塊下降同樣的距離A，閉塞模架(上模板和下模板)在下降控制錐板驅(qū)動(dòng)連桿的調(diào)節(jié)下只下降了A/2的距離。下頂料桿處在與工作臺(tái)固定在一起的下模里，下頂料桿的位置始終保持不變。在這個(gè)例子中，控制下降量的錐板為30°，當(dāng)滑塊下降高度為A時(shí)，模具的下降高度只有A/2。由此可以看出，隨著錐板傾斜角度的變化，模板的下降量也會(huì)發(fā)生變化，也就是說(shuō)，利用這個(gè)方法就可以控制閉塞鍛造模具的下降量，即上頂料桿相對(duì)于鍛造成形品的壓入量。

圖5 模具在打開(kāi)時(shí)的狀態(tài)和頂料銷(xiāo)的位置

圖6 模具在閉塞鍛造開(kāi)始及完成后的狀態(tài)對(duì)比

⑷閉塞鍛造。鍛造的負(fù)荷由上頂料桿的按壓力決定，反力由下模承受，也就是說(shuō)，只要控制好錐板面的下降量即可，鍛造的負(fù)荷并不起作用。

⑸閉塞釋放和模具返回。按照⑷→⑴的順序放開(kāi)模具、滑塊在上死點(diǎn)停止、取出鍛造品，然后再裝入下一個(gè)圓棒素材進(jìn)行鍛造，整個(gè)生產(chǎn)就是這樣一個(gè)反復(fù)循環(huán)的過(guò)程。如圖7所示即為使用閉塞鍛造模具生產(chǎn)出來(lái)的部品。

使模具閉塞所需要的油壓氣缸的力F必須要大于鍛造時(shí)發(fā)生的內(nèi)壓(鍛造應(yīng)力)σt與成形品的投影面積A的乘積。例如，鍛造應(yīng)力σt為2000MPa，成形品的投影面積A為400mm2，則力F＞2000×400＝800000N＝800kN≒80tf，即油壓氣缸的力F必須要在80tf以上。

如圖4所示的閉塞鍛造模具使用的油壓是14MPa(≒140kgf/ cm2)，通過(guò)計(jì)算可知，油壓氣缸的直徑需要達(dá)到220mm，實(shí)際上在模具的中央附近還裝有一些重要的承壓模具部件，因此油壓氣缸要做成項(xiàng)圈形狀，外徑需要達(dá)到300mm左右。像這樣的專(zhuān)用氣缸在成本上是很高的，因此一般的鍛造壓力機(jī)都采用在壓機(jī)的工作臺(tái)和滑塊上固定通用的油壓氣缸的方法。

圖7 使用閉塞鍛造模具生產(chǎn)出來(lái)的部品

若把油壓氣缸以通用形式設(shè)置在鍛造壓力機(jī)上，那么在成形大小不同的部品時(shí)，就不僅要考慮到模具的尺寸需要改變，也要考慮到模具頂料銷(xiāo)的位置及配列已經(jīng)被固定這一問(wèn)題，這在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)是非常重要的。