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齿轮冷锻成形在汽车齿形零件制造中的应用

江苏森威精锻徐祥龙

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齿轮冷锻成形在汽车齿形零件制造中的应用

江苏森威精锻〔江苏省大丰市224100〕徐祥龙

摘要

本文介绍了冷锻成形技术在汽车齿形类零件制造中的应用,总结了各

种齿形精密成形方法的关键技术,特别提到分流锻造在齿形成形方面越

来越广泛的应用。

1．前言

冷锻成形是一种优质、高效、低消耗的先进制造技术，被广泛地用于

汽车零部件的大批量生产中。随着冷锻工艺技术和精密模具制造技术

的开展，汽车齿轮和齿形类零件的生产已越来越多地采用冷锻成形。

当前国外一台普通轿车采用的冷锻件总质量〔40—45〕Kg,其中齿形

类零件总质量达10Kg以上。冷锻成形的齿轮单件质量可达1Kg以上、

齿形精度可达(DIN)7级。随着汽车的轻量化和人们对环境保护越来越

严格的要求，汽车齿轮制造业将更多地应用冷锻成形技术。

2．园柱齿轮的挤压成形

园柱齿轮的正挤压成形是应用最早的齿形成形工艺。典型零件是

车起动电机起动齿轮〔图1〕和汽车传动轴花键。起动齿轮的模具结

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构和工艺过程见〔图2、图3〕。由于冷挤压过程是金属在高应力下的

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•

•特别是冷挤成形的起动齿轮结构上一端封闭，为轮齿提供了额外的抗弯强度，最

适合于汽车起动机频繁冲击和高载荷工况下工作。齿轮正挤压成形时，齿形凹模可以

用高精度线切割机床加工。当齿形挤压模具采用高速钢材料，模具齿形制造精度到达

〔DIN〕6级，在批量生产条件下，齿轮成形精度稳定到达(DIN)8—9级。考虑到模具

的弹性变形和磨损，在大批量生产时改用硬质合金模具并合理设计冷锻变形率，可使

正挤压齿轮的齿形精度进一步到达〔DIN〕7—7.5级。成形模的齿形设计要考虑冷锻过

程中模具的弹性变形和模具磨损的影响，对模具齿形加以必要的修正。由于在挤压过

程中模具曲率大的局部磨损速率大于曲率小的局部，因此，采用标准齿形的齿轮挤压

模齿顶处的磨损明显大于齿面和齿根处的磨损。如果对齿形作适当修正〔图4〕，可使

模具齿形获得均匀磨损的效果，从而得到较长的模具寿命。正挤压成形工艺的另一特

出优点是模具齿形由数控线切割加工得到，在少齿数齿轮加工时通过编程即可获得理

想齿形而不必担忧根切。在加工特殊齿形或修正齿形场合，采用数控线切割加工齿形

比齿轮的展成加工或仿形加工更方便、更快捷、更正确。

•花键冷锻成形是齿轮正挤压成形的一个特例。渐开线花键的成形相当于挤压一个

较长的正齿轮，矩形花键的挤压与渐开线花键的挤压相似。从另一方面考虑，小模数

正齿轮可采用分割渐开线花键轴的方法来得到〔图5〕。

•从70年代起，国内外汽车起动齿轮绝大局部用冷锻方法生产(1)〔2〕。本公司用冷

挤压工艺生产摩托车花键轴，并用分割渐开线花键轴的方法生产小模数正齿轮。小齿

轮每月产量达数万件，精度可达〔DIN〕7.5级，主要用于轿车起动电机行星减速系统。

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汽车起动齿轮成形原理

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•齿轮正挤压成形的缺点是成形齿坯的头、尾有较大的塌角和过渡圆弧，因此齿轮两端面切

削余量大，材料利用率不高，也影响了生产效率的进一步提高。另外齿轮端面切削后容易残留

毛刺，而去毛刺是机加工中最伤脑筋的问题。受挤压变形率的限制，并考虑到模具制造尺寸和

冷锻压力机能力等因素，齿轮正挤压成形目前只应用于小规格小模数齿轮的制造。当然，比起

切齿加工，齿轮挤压成形无论是在质量、效率和效益方面，都是一个飞跃。

对于内齿轮的制造，可用齿形冲头反挤压成形。用该工艺可制造贯穿的