同步器齿套倒锥齿塑性成形的工艺分析

朱民益

(上海汽车变速器有限公司,上海 201800)

随着汽车的普及,汽车变速器寿命及其换档性能已经越来越受到关注。同步器齿套是汽车变速器关键零部件。变速器换档通过齿套的滑动与结合齿啮合来传递动力,带动同步器齿毂转动,实现变速换档。因此齿套的设计与加工精度将直接影响变速器的寿命及换档性能。设计上,为了防止跳排或脱档,齿套一般在啮合端部设计成倒锥齿,倒锥齿的角度一般为2°～4°30′(图1)。这给加工带来了困难。

1 传统倒锥的成形方法

目前国内外倒锥齿的成形主要采用以下几种方法:滚轧法、插齿法、飞刀法、胀挤法。滚轧法利用轧轮与工件作正反向的啮合来成形,加工简单,效率比较高,但其加工精度较差,左、右齿面不对称。插齿法是国内比较传统的倒锥成形方法,利用调整插齿机主轴与工件轴线形成角度,来展成加工倒锥,适应性比较广,但是加工效率很低,并且产品设计时一定要留退刀槽。飞刀法由刀轴及齿套同时转动,在旋转过程中,偏心倒锥刀片将倒锥余量切削,其加工效率与质量都能够得到保证,但主要存在于一些组合专机中,设备价格较贵。胀挤法是一种塑性成形法,实际生产中由压力机挤压胀挤刀变形,压迫齿套工作面随胀挤刀变形,倒锥成形;其成形原理简单,精度与效率较高,但换模复杂、调整麻烦,进口刀具(图2)采购周期长、价格较贵,不适合产品试制与工程试验。

2 塑性成形加工原理

作为同步器专业企业,如何能够不断的换模进行工程试验,并达到设计精度,同时又能够保证产品试制与批产采用同一种加工方式,将是一个非常棘手的问题。为此,企业经论证,采用胀挤原理,设计工装刀具,发挥胀挤工艺的高效节材,精度高的优点,同时降低试制阶段的高昂成本。

塑性成形加工原理及加工过程如下:(见图3)

(1)工件8安装:由于初始挤压刀1为自由状态,挤压刀1必须收缩,才能保证工件8齿面与挤压刀1齿面安装时不干涉。阀口a加压,一般压力不小于0.3MPa,使拉环4向下运动,通过锥面压力使挤压刀1向内收缩,工件8放入。

(2)挤压刀1恢复自由状态:放松阀口a,由于挤压刀1弹性恢复,通过锥面传递到拉环4,使拉环4恢复放松状态,保证挤压力1在挤压过程中的变形空间。

(3)预紧工件8外径:通过进气块6阀口b加压,一般压力为0.6～0.8MPa,带动压力环3向内作用于预紧圈2,使预紧圈2有向内预紧力;保证在挤压时工件8外径处于预紧状态,避免塑性成形倒锥时工件8整体变形。

(4)塑性成形倒锥齿:上模7合下,通过锥面压迫挤压刀1向外变形挤压工件8齿面,达到塑性变形。在合模过程中,根据工件材料的不同,选择不同的合模延迟时间,以防止合模时间过短而导致弹性变形或倒锥齿变形不均。

(5)工件8取出:上模7脱离,挤压刀1弹性恢复;阀口a加压,取出工件。同时安装待加工件。

3 挤压刀设计注意事项

塑性成形的关键,在于挤压刀的设计与制造。由于国内刀具专用弹性粘接剂技术还不够成熟,因此在实际试制中,我们在设计上采用整体式结构。试制过程中必须注意以下事项:(见图4)

(1)引导锥角与弹性壁的选择 由于工件安装后,挤压刀的复位是依靠弹性壁4的弹性,通过引导锥角3作用于拉环使其自动复位。因此在设计时,必须考虑弹性力的大小及引导锥角的锥度。设计中,弹性壁4的厚度根据工件的大小、挤压刀刃口的多少来设定,一般取5～15mm为合适;引导锥角主要是避免锥面自锁,导致安装早期失效。一般取引导锥角15°～20°为合适。

(2)挤压锥角的选择 由于合模时,确定的设备其压力基本一致。设计上在满足压力的前提下,还必须充分考虑工作塑性变形的速度。挤压锥角1的合理选择,将有利于压力渐近的作用于挤压刃2上,使得倒锥工作面平稳变形。一方面可以减小工件的受压冲击力,减小工件的变形,防止应力集中;同时又能够延长挤压刀的寿命。一般挤压锥角1的选择为25°～40°为合适。

(3)挤压刃的选择 经过瞬间合模,上模离开挤压刀,挤压刃2离开加工倒锥面时,加工锥面会产生微量弹性变形,造成被加工锥面精度失真。因此在刀具设计时要考虑材料的塑性变形及金属流向。一般挤压刀的齿根径向系数留大些,以保证因挤压后工件产生塑性变形,为多余金属的流动留出容纳空间。

(4)合模位置的选择 挤压锥角1确定后,合适的合模位置将保证工件锥面的充分塑性变形,同时保证加工的一致性。实际生产中,一般在上下模中安装导柱导套及上下限位,保证每次合模的状态一致性。

4 结语

(1)利用本塑性成形工艺可以实现胀挤同步器齿套倒锥齿的成型,能够达到图纸精度要求。

(2)与进口设备或刀具相比,成本大幅下降,只是它的几分之一,而精度达到同等水平。

(3)与插齿法相比,同样能够完成特殊齿的加工要求,而生产效率则成倍提高。

(4)与滚轧法相比,可以达到相同的效率,而在精度和适用性上大幅提高。

[1]曹瑞.同步器齿套倒锥齿加工工艺.机械工艺师,2001(5).