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      北京物流信息聯盟

      汽車同步器齒轂、齒套和(雙錐)外環工藝改進及發展

      齒輪傳動 2021-10-27 07:21:44


      闡述雙錐汽車同步器外錐環和內錐環精密鍛造的工藝要點和特殊點,對鍛件所產生的缺陷的原因進行了分析,并突出體現工藝改進措施。通過改進模具結構,增加退料槽,改變以往坯料的截面形狀和定位位置,改進坯料的加熱設備,引進國內外先進設備,建設自動化齒環鍛造生產線,使產品質量達到技術要求,延長模具使用壽命,產品合格率提高72%以上,達到批量生產標準。同步器齒轂是汽車變速箱內的重要零件,如何生產出高精度、高質量的粉末冶金同步器齒轂是一個非常重要的課題。本文通過對異形鍵槽的粉末冶金齒轂生產工藝過程的分析,從模具的選材、模具結構、模具間隙、模具尺寸等方面,對同步器齒轂壓制模具進行優化設計,使模具具有高使用壽命;同時,生產出來的同步器齒轂具有高精度、高質量。

      引言

      1.本公司生產的汽車同步器齒環材質是特種銅合金,精密鍛造需要進行毛坯加熱,普通的舊式電阻加熱爐對毛坯加熱的溫度誤差大,而且毛坯整體溫度不均勻,致使鍛造后冷卻塑性變形不規則,徑向變形大,后續加工無法彌補,無法滿足技術要求和使用要求。傳統鍛造操作是通過人工使毛坯落入鍛造模具型腔內,位置無法保證精確,經常導致鍛造飛邊填充不均勻,使產品徑向變形大,無法滿足技術要求和使用要求。摩擦壓力機的使用過程中,由于能量不能精確控制,也沒有配置打擊力的顯示儀器,都處于超載運行狀態,造成機身﹑螺桿等機械部件很容易損壞.摩擦螺旋壓力機打擊壓力變動誤差大,沒有打擊下限,使鍛件受力不均,影響鍛件成形質量和精度的控制,且使模具受到不同交變載荷的作用下,極易損傷和開裂。傳統設備需要多人操作,增加公司運行成本,且相互配合不統一,直接影響產品是質量和精度,難以控制和管理。

      2.粉末冶金同步器齒轂工藝優勢在于能生產最終形狀零件,具有高效率、高精度;同時具備節材、省能的顯著特點,只要少量切削加工,大大減低生產成本。同時,隨著汽車工業的快速發展,同步器齒轂的形狀也越來越復要,精度要求越來越高。粉末冶金同步器齒轂的形狀和精度的保證,最主要的就是壓制模具的形狀和精度;生產過程的順暢,取決于壓制模具設計的合理性。

      3.同步器齒套使用齒輪鋼材,由于屬于薄壁件,采用滲碳淬火加回火工藝熱處理處理,容易產生零件軸向和徑向變形,影響總成裝配和整車使用性能,花鍵的精度一定程度上也硬性最終使用效果。

      同步環的工藝改進

      為了改善以上問題點,我們經過參觀學習、召開分析研討會,并作了市場調研,分別考察了一些國內相關設備生產廠家的所需設備,分別采購了自動上料機、旋轉式電阻加熱爐、ABB機械手臂、自動化電控螺旋壓力機、自動噴淋裝置和相關自動化控制系統,經過安裝調試和不斷的改進,通過試生產到正式批量生產,逐步完成自動生產線整體、協調的完成各部分“動作”,于2011年正式投入生產使用,至目前為止,連續工作2年以上,已完成500萬次鍛造.

      同步器齒環自動化鍛造生產線工作原理

      ??? 自動化鍛造生產線需要具備完整的齒環鍛造生產的流水線過程,達到生產線各個部分實現在可調整參數模式下仍然實現同步工作,生產穩定性高,能夠滿足同步器齒環的鍛造精度要求。

      以下為生產線流程:

      自動上料(自動上料機)→ 自動加熱(旋轉式加熱爐)→傳送帶→機器人取料(放料)→自動壓機精密鍛造→傳送帶運送鍛件到周轉箱

      生產線布局圖

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      坯料在模具中定位圓環面的改變

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      齒部填充飽滿

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      棱角處填充飽滿

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      整填充均勻,變形小


      同步器齒轂工藝分析

      1)?? 如圖1所示為粉末冶金同步器齒轂產品簡圖,此產品為混合動力自動變速箱同步器齒轂,替代進口;

      采用粉末冶金D39原材料,壓制密度7.0g/cm3,燒結后硬度在HV300以上;外齒齒向公差Fβ0.02;齒形公差Ff0.025;齒距累積公差FP0.072,精度要求高。

      產品圖 ? 圖1

      2)?????? 根據產品的齒形精度、形狀和技術性能分析,確定生產工藝流程為壓制、燒結、精整、機械加工、淬火、清洗、包裝。

      3)?????? 粉末壓機選用和模架選用:先用creo三維軟件建模,查詢齒轂的壓制投影面積為72cm2,壓制毛坯質量為430g。根據經驗計算,壓制齒轂產品需要410T壓力;根據產品形狀結構,應采用上三下三模具壓制;故選取500T上三下三模架粉末油壓機。

      3 模具設計分析

      1)??????? 粉末冶金齒轂模具設計的工藝參數包括D39材料的松裝密度、壓坯的回彈率、燒結收縮率、精整余量和回彈量。同步器齒模設計難點是成品齒形精度和尺寸要求高,尺寸公差一般在0.08以內,D39材料的松裝密度、壓坯的回彈率、燒結收縮率、精整余量和回彈量等都會直接影響到壓制模具設計的準確性。

      2)??????? 根據長期的生產經驗,產品圖(圖2)中的三處異形鍵槽,在燒結后鍵寬會向內收縮,預計15.2±0.05處收縮量為0.05;芯部高頻淬火后,也會引起鍵槽處收縮,預計收縮量為0.03。同時,外齒齒形也會向鍵槽方向變形,變形嚴重,如果不在壓制模具中加以修正,會引起同步器齒轂外齒精度嚴重超差,不能與相應的同步器齒套配合,必須加以修正;修正方式為在壓制陰模上(外齒齒形),從鍵槽側的第四個齒起,沿每個齒法線方向,向外移動0.01。

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      產品圖分析 ?圖2

      壓制下二沖模具圖分析 圖3

      3)??????? 在以前生產過程中,如圖1中鍵槽形狀,如按正常壓制模具上三下三制作,壓制陰模配合間隙0.02;在壓制生產過程中,壓制陰模鍵子處(7.2尺寸)開裂,壓制陰模損壞。更改壓制陰模與壓制下二沖鍵槽處配合間隙,如圖3,尺寸R11、R1.8,角度20°處配合間隙改為0.05,其余不變。

      4 模具材料選擇

      1)??????? 常規壓制陰模選擇材質為硬質合金,耐磨性好,使用壽命長。圖1所示產品,陰模鍵子處為異形鍵槽,易開裂,不能采用硬質合金材質。選用鋼結硬質合金,與高合金模具鋼相比,具有較高的彈性模量、耐磨性、抗壓強度和抗彎強度;與硬質合金相比,具有較好的韌性和具有良好的自潤滑性、較低的摩擦系數、優良的化學穩定性。

      2)??????? 芯棒直徑較小,需要中間留出安裝螺孔,同時受產品的擠壓力作用,容易變形。芯棒材料采用硬質合金材質。

      3)??????? 上、下外沖外齒齒形復要,壁厚較薄,應選用彈性好的冷作模具鋼,選用材料SLD,熱處理硬度56-58HRC.

      4)??????? 上、下二沖因為有異形鍵槽與陰模配合,形狀較復雜,主要考濾因素為不能在鍵槽處開裂,應選用韌性較好的材料。選用材料為CALDIE,熱處理硬度56-58HRC .

      5)??????? 上、下三沖形形狀沒有特殊,選用材料為SLD,熱處理硬度56-58HRC.

      同步器齒套工藝分析

      同步器齒套是同步器總成的重要零件之一,是使在換擋中相互接合的齒輪實現同步的裝置。 在換擋過程中,應當使準備嚙合的那一對齒輪的接合齒圈的圓周速度達到相等?即同步,才能平順地掛上擋。否則,兩齒輪齒圈間會發出沖擊和噪音,影響齒輪的壽命。為了便于換擋,汽車變速器在常用的各擋間都裝有同步器,使相嚙合的一對齒輪先同步,而后嚙合。同步器的基本原理,是靠同步環的錐面在兩個齒輪之間進行摩擦,使快的減慢,慢的加快。達到同步后,才能使齒圈接合。同步器有常壓式、慣性式、自動增力式等種類。廣泛采用的是各種形式的慣性同步器。

      同步器齒套使用齒輪鋼材,由于屬于薄壁件,采用滲碳淬火加回火工藝熱處理處理,容易產生零件軸向和徑向變形,影響總成裝配和整車使用性能,花鍵的精度一定程度上也硬性最終使用效果。

      引進自動壓淬生產,以內花鍵為基準,對軸向、徑向變形超出公差的同步器齒套進行二次淬火的同時,對齒套的軸向和徑向進行熱整形,通過旋轉加熱爐,爐內沖入保護氣體,防止齒套表面脫碳,加熱到870攝氏度,通過自動壓淬生產線機械手,把零件送入整形模具內,合模后沖入等溫淬火油,冷卻后清晰進入回火爐,有效的對變形偏大的同步器齒套校正整形的效果,零件表面硬度達到HRC58-63,心部硬度:HRC33-45;

      同時齒套花鍵加工工藝進行改進,有原來的一次拉削,改成粗加工和精加工,由于齒套花鍵屬于高低異形花鍵,設計開發精拉刀和粗拉刀,采用高精度立式內拉床對齒套二次精加工,有效改善同步器齒套花鍵部分的齒型精度;


      結束語

      根據我國現階段汽車同步器生產規模和生產現狀,隨著產品結構的變化和質量要求的不斷提高,還要面臨環境保護和勞動成本上升的巨大壓力,要想提高企業競爭力,必須使用先進的設備和工藝,故我公司力求發展自動化生產事業,提高產品在行業內的競爭能力,給鍛造企業提供了跨越式發展機會。經過使用同步器齒轂壓制模具進行產品生產,生產出來的產品,經過齒輪檢測中心檢測,外齒齒向公差、齒形公差、齒距累積公差、同軸度等技術指標,均達到了產品圖的要求;模具的使用壽命也達到了預期的時間。本文通過對異形鍵槽的粉末冶金齒轂生產工藝過程的分析,從模具的選材、模具結構、模具間隙、模具尺寸和以往經驗等方面,對同步器齒轂壓制模具進行優化設計,使模具具有較高使用壽命;同時,生產出來的同步器齒轂完全達到了產品圖要求。隨著汽車工業的快速發展,同步器齒轂產品設計越來越復雜,各種類型的同步器齒轂都可能遇到;從齒套熱處理進行了分析,對同步環的工藝改進、自動化鍛造生產線工作原理做了闡述,本文對其他的粉末冶金技術人員及變速器零部件技術人員有具有一定的參考價值。




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