直齿柱形齿轮冶炼定型的实验探讨剖析

　　处理方法参照国内外圆柱齿轮成形工艺资料[1-3]，通过实验对比，确定了如所示的直齿圆柱齿轮挤压成形工步图。在2000kN液压 材料实验机上采用带浮动模架的模具装置完成四组材质均为LD2的直齿圆柱齿轮闭式挤压成形工艺实验，实验速度为1520mmmin-1，毛坯表面施加适量动物油作为润滑剂，采用位移传感器、载荷传感器和X-Y记录仪记录力行程曲线。

　　实验结果实验所得的齿轮实物图片如所是。采用挤压工艺成形齿轮时，齿腔的充满程度、模具的寿命和精度的稳定性是影响闭式挤压成形直齿圆柱齿轮质量的3个 主要的因素，特别是前两个因素直接与成形载荷密切相关。因此，分析成形过程中载荷与齿形参数的关系具有重要的意义。

　　模数和齿数对上限力的影响径向挤压直齿圆柱齿轮的上限力与齿轮的模数、齿数等结构参数有关。通过实验得知，当其它参数一定时，模数增大将使单位上限力下降，齿数增多将使单位上限力上升，这一点在成形终了阶段尤其明显，上限力急剧变化，所以也就导致齿腔难以充满，齿轮的精度较低。

　　模数和齿数对摩擦功率的影响根据塑性成形理论，摩擦因子的大小对挤压成模数不同时单位上限力随压下量的变化齿数不同时单位上限力随压下量的变化形影响较大，特别是在成形终了时容易产生镦粗的现象。同样，摩擦功率对冷挤压齿成形的影响也比较大，通过实验可知，冷挤压齿轮的摩擦功率总是随着模数和齿数的增大而增加，特别是变形终了阶段摩擦功率增长较快，当模数m3时摩擦功率急剧增加，所以模数较大时成形受摩擦影响较大，如、6所示。

　　总上限功率在成形过程中的变化通过对直齿圆柱齿轮挤压成形的上限分析计算[4，5]，并通过实验验证，在径向挤压直齿圆柱齿轮的总上限功率中，当变形终了时摩擦功率占总变形功率百分比接近定值(10左右)，总剪切功率所占比例不大，但塑性成形功率占90以上(在 充满阶段成倍增长)。

　　分析与讨论直齿圆柱齿轮闭式冷挤成形工艺是高效、省时、无需切削加工的好方法，但其变形抗力大，充填困难、模具寿命低而成为塑性成形的难题，通过以上的实验数据分析可以看出，挤压成形的效果与齿坯材料、齿形参数、摩擦因子、成形装置等关系密切[6，7]。

　　齿坯材料齿轮挤压成形中的总上限功率较大时容易影响成形效果，而在总上限功率中塑性成形功率占90，由于金属材料特性(强度、屈服极限等)直接影响塑性变形功率。低碳、低合金钢塑性较好，变形抗力较小，所以如果是低碳、低合金钢或经过调质处理的材料使用精锻成形来成形齿轮是很有效的。

　　齿形参数模数和齿数是齿轮 重要的结构参数，直齿圆柱齿轮挤压成形的效果与齿数和模数直接相关。在齿轮节圆一定的情况下，冷挤压圆柱齿轮选择模数大、齿数少的品种是有利于成形的。在齿数和模数都比较大时，要尽量降低摩擦因子，采用有效的润滑是非常必要的。

　　成形装置实验发现，挤压变形终了时变形抗力急剧增加，严重影响成形效果。根据塑性成形原理并通过实验证明，在设计模具时可以采用浮动模架，限制定端流动来提高齿腔的充满程度或采用分流法来降低变形抗力。

　　结论直齿圆柱齿轮冷精锻挤压成形过程中的总上限功率与要成形齿轮的模数、齿数及成形中的润滑程度和毛坯材料特性有很大的关系。冷精锻成形的摩擦功率随模数和齿数的增大而有显著的增加，变形终了时变形抗力急剧增加，特别是塑性变形抗力增加较快。摩擦因子也是影响变形载荷的重要因素。