摘要：采用冷擠壓預(yù)成形中間坯料，然后再精密墩鍛成形的方式成功實(shí)施了摩托車緩沖齒輪的精密冷鍛工藝。
關(guān)鍵詞：緩沖齒輪；冷鍛
一、前言
緩沖齒輪是黃河一川崎250摩托車上一關(guān)鍵零件，其材料為20CrMo，形狀尺寸如圖1所示。該零件為軸對(duì)稱形狀，大端有一周漸開線直齒，小端有3個(gè)均布長(zhǎng)齒，齒寬5mm，高15mm。用常規(guī)機(jī)械切削方法加工時(shí)，材料利用率低，所用銑刀細(xì)而長(zhǎng)、切削量小且易折斷，效率很低，難以滿足生產(chǎn)要求。我們采用冷擠壓技術(shù)成形該齒坯，使難以加工的長(zhǎng)齒部分?jǐn)D壓成形，達(dá)到圖紙要求，替代了普通的機(jī)加工方法，在生產(chǎn)中得到成功的應(yīng)用。
二、擠壓性能分析與擠壓件圖設(shè)計(jì)
該零件結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱形狀，且不復(fù)雜；材料為20CrMo，退火狀態(tài)硬度HB120-135，強(qiáng)度不高 ，變形抗力不大；但大端處一周漸開線齒不適合擠壓成形，應(yīng)留給后續(xù)機(jī)加工完成以保證其精度；所給緩沖齒輪的尺寸精度和表面粗糙度要求一般，冷擠零件的表面粗糙度可達(dá)Ra=0.8-0.4μm，公差等級(jí)在IT8-IT7左右，故冷擠壓工藝完全可滿足該零件的各項(xiàng)要求。按冷擠壓工藝要求和零件形狀所設(shè)計(jì)鍛件如圖2所示。
三、成形工藝及參數(shù)
該零件若采用φ56mm毛坯一次成形，沒(méi)有入模角，造成壓力過(guò)大，長(zhǎng)齒不能成形，且易產(chǎn)生裂紋。其原因是由于長(zhǎng)齒外圓處流動(dòng)比φ26.5mm圓柱處慢很多，易使長(zhǎng)齒被拉裂。當(dāng)采用φ 45mm坯料閉式墩擠成形時(shí)，更易出現(xiàn)芯部φ26.5mm圓柱部分流出過(guò)快而3長(zhǎng)齒流出很慢，根本無(wú)法充滿的狀態(tài)，而且兩者因流速差異太大而產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。
該零件成熟的成形工序可分為兩步。第1步先用φ42mm坯料正擠出直徑為φ26.5mm的圓柱以及3條均布長(zhǎng)齒。第2步再將坯料頭部由φ42mm墩粗到φ58mm，并成形φ32mm的頂端圓臺(tái)。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是當(dāng)采用φ42mm坯料正擠成形時(shí)，雖然φ26.5mm的圓柱部分的流出速度仍然比3長(zhǎng)齒部分的快，但差異較小，不會(huì)出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，因此預(yù)成形工藝得以順利實(shí)施。
由擠壓件圖可計(jì)算出制件體積v=42622mm ,當(dāng)毛坯直徑為 42mm時(shí)，高度應(yīng)為31mm。
由于擠壓件長(zhǎng)度方向不加約束，有一定的機(jī)加工量，加之?dāng)D出時(shí)26.5mm端部流動(dòng)快，形成一個(gè)凸出的球面，增加了材料的消耗。調(diào)整后的毛坯高度為33mm。由文獻(xiàn)[1][2][3]提供的擠壓力計(jì)算方法可算出第1工序單位擠壓力為1661.75 MPa，總擠壓力為2413.2kN。第2工序可看作閉式模鍛，實(shí)驗(yàn)時(shí)在3000kN壓力下可使鍛件完全成形。綜合以上兩工序的壓力情況，我們選擇在3150kN油壓機(jī)上實(shí)施該工藝。
四、模具結(jié)構(gòu)
生產(chǎn)中我們采用通用反擠壓模架，預(yù)成形和終成形工序的模芯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖分別如圖3、圖4所示。
凸模1與凸模套2采用過(guò)盈配合，靠過(guò)盈量以保證凸模的固定和軸向限位。凸模組裝時(shí)，先將凸模套加熱至300℃左右，然后將凸模壓入凸模套內(nèi)。組合凹模采用典型的3層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。
圖3為冷擠壓預(yù)成形模，其凹模設(shè)計(jì)為剖分結(jié)構(gòu)，以避免裂紋的產(chǎn)生；下凹模入口部分設(shè)計(jì) 有120°入模角，長(zhǎng)齒入口處有R3的圓角，保證了金屬的順利流動(dòng)；成形后長(zhǎng)齒厚為4.9mm。
圖4為冷墩模，它的凹模也為剖分結(jié)構(gòu)，但由于零件要求而不能設(shè)計(jì)入模角；凹模深度以剛能放下上工序成形的擠壓件為準(zhǔn)，3長(zhǎng)齒處對(duì)應(yīng)凹模槽比上序加寬0.1mm，為5.Omm，便于預(yù)成形件的對(duì)正放入。
五、工藝過(guò)程及成形情況
緩沖齒輪所采用的工藝流程如下：
備料-軟化退火-車毛坯-磷化+皂化處理-冷擠預(yù)成形-冷墩臺(tái)階面-去應(yīng)力回火-入庫(kù)。
在第1序預(yù)成形后未進(jìn)行退火是因?yàn)檎龜D壓時(shí)頭部幾乎未變形，沒(méi)產(chǎn)生加工硬化，第2序墩粗力也不大且沒(méi)有產(chǎn)生裂紋。
預(yù)成形過(guò)程中發(fā)現(xiàn)凹模拼合面處易脫開，常有余料擠入拼合處。克服這種情況的方法是在凹模制造過(guò)程中，將拼合面處仔細(xì)研磨，保證上下凹模的尖角不被碰壞。
六、結(jié)論
(1)用冷擠壓工藝生產(chǎn)緩沖齒輪鍛件工藝可靠；
(2)材料利用率高；
(3)兩序壓力均不超過(guò)3000kN，零件尺寸穩(wěn)定，表面光潔度高。
