钢质同步器齿环精锻工艺研究_王子孝.pdf

49 2023.9 Forging&MetalformingTechnology技术 智造同步器是汽车变速箱中实现变速的重要组件，齿环是同步器的重要零件，齿环的精度与质量会对变速的实际效果产生直接影响。随着汽车工业的飞速发展，原铜质同步器齿环逐渐被钢质同步器齿环取代，我公司同步器产品基本上是钢质材料，需求量大，需要大批量生产。本文主要对钢质同步器齿环精锻工艺进行研究。原材料材质为20CrMnTi,精锻前状态为辗环粗车坯料；拟定精锻工艺方案：粗车坯料热精锻车飞边退火抛丸高分子处理冷精压，通过确定热精锻坯料规格(含3D 模拟)、精锻模具设计制造、精锻工艺试验等，确保精锻过程中不会发生折叠、开裂、齿形充不满、表面粗糙等缺陷，通过工艺验证钢质同步器齿环精锻工艺是可行的，3D 模拟与实际验证结果吻合一致。确定热精锻坯料规格此次研究的钢质同步器齿环是用 20CrMnTi 热轧圆钢经下料加热预锻冲孔辗环加工而成的毛坯通过粗车后获得，外圆有 3 个凸键和 48 个小齿，凸键和小齿精度及表面粗糙度要求较高：凸键宽度偏差 0.1mm，对称度公差 0.15mm；小齿凸凹圆角小到 R0.2mm，相邻齿跳动公差 0.05mm；非加工面表面粗糙度要求 Ra3.2m，精锻后这些部位不再进行机加工。锻件成品造型理论重量为 0.27kg，根据经验数据，内外飞边宽度为 6 8mm，厚度为 1.5 2.5mm为宜，以此测算下料总重量为 0.39kg；坯料在模具内定位最佳选择是齿根圆113mm 处，放适当间隙后坯料外径可以按照112mm 确定；参考锻件内孔尺寸94mm，初选坯料内径为88mm、90mm、92mm、94mm 四种，根据坯料总重量和内外径尺寸计算出 4 种坯料厚度分别为 13.2 mm、14.2mm、15.5 mm、17.1 mm。经过 3D 软件模拟(图 1)，上述 4 种规格的坯料，飞边大小情况各不同，产品基本能成形，模拟结果显示，2#规格坯料成形后内外飞边较均匀，理论上是最合适的，待后续工艺验证。钢质同步器齿环精锻工艺研究 文王子孝，吴江，杨象勇浙江万里扬精密制造有限公司锻造工厂技术总监，主要从事齿坯类锻件闭式模锻和轴类件楔横轧工艺与模具研究及产业化建设工作。作为技术负责人全程参与完成公司年产 8 万吨锻件的锻造工厂筹建和扩建工作，获公司科技成果一等奖。拥有专利 8 项。王子孝(a)1#112mm88mm13.2mm (b)2#112mm90mm14.2mm(c)3#112mm92mm15.5mm (d)4#112mm94mm17.1mm图 1 3D 模拟结果锻造与冲压 2023.950Technology技术 智造精锻模具设计制造热精锻模具设计要点按冷精压锻件图，侧面周边减小 0.1 0.15mm间隙，厚度加大0.51mm，从而获得热精锻锻件图，热收缩率为 1.5%，由此可以确定热精锻模具型腔尺寸。此次工艺研究采用开式模锻，设计内外飞边槽，在下模内飞边位置设计顶料杆。利用该设备原有模架尺寸设计热精锻模具的外形尺寸，与热料直接接触的型腔模具材料选用红硬性较好的 1.2367 制作，可以保证产品精度。冷精压模具设计要点冷精压模具型腔尺寸与冷精压锻件图一致，顶出结构与热精锻模具类似，模具外形尺寸也按照原设备模架设计，齿形下模选用硬度高且耐磨性好的LD材料。精锻模具制造要点模具型腔采用高速数控加工中心粗铣，热处理后用电火花加工制造，最后采用专用抛光设备将模具型腔进行抛光处理。精锻工艺试验模具预热采用专用加热装置将模具预热到 250 300，便于齿形充填饱满且不容易导致模具异常破裂。坯料加热将粗车好的 4 种规格坯料各 20 件分别做好标识，在专用中频感应加热装置中快速加热到1150 1200。热精锻利用现有 630 吨数控螺旋压力机热精锻(模拟成形力为 327 453 吨)，将加热后的坯料准确平放于热精锻模具齿根圆定位处，坯料外圆面与模具齿根圆贴合实现坯料定位，避免精锻过程中发生折叠、齿形充不满等缺陷，热精锻过程中还需用脱模剂对模具实施冷却润滑。经现场工艺验证，钢质同步器齿环热精锻工艺试验结果和 3D 软件模拟结果吻合一致，3D 造型图和热精锻产品实物见图 2。四种规格的坯料中，规格 2#成形效果最佳，内外飞边大小均匀，既能保证产品各部位充型饱满，又无折叠、开裂等锻造缺陷，也不浪(a)3D 造型图(b)热精锻产品实物图 2 3D 造型图和热精锻产品实物费材料。其余 3 种规格坯料中：规格 1#试验结果为外圆飞边较小，有少量齿形不饱满，内飞边较大，材料浪费比较多；规格 3#和 4#外圆飞边较大。车飞边热精锻毛坯自然冷却后将其内孔和外圆处的飞边车除，厚度方向飞边暂时不车，需作为后序冷精压的精压余量，厚度方向飞边由后道机加工车除。退火软化采用退火工艺将毛坯软化处理，便于冷精压成形。抛丸清理将退火后的毛坯在现有挂式抛丸机上进行抛丸清理，去除毛坯表面氧化皮。选用直径小于 0.4mm 的细钢丸，便于冷精压时保证产品表面粗糙度。高分子处理将抛丸后的毛坯进行高分子润滑处理，提高产品冷精压后的表面粗糙度和冷精压模具寿命。冷精压将高分子处理后的毛坯平稳放入冷精压模具中，用现有 1600 吨油压机精确设置压力后进行冷精压试验(实际需求 1000 吨左右)，每精压一件产品后用高压气枪对模具型腔进行吹扫清理。经过检测，冷精压后的产品尺寸精度和表面粗糙度均满足图纸要求。结束语采用热精锻+冷精压的锻造工艺可以实现钢质同步器齿环的精锻成形。3D 软件模拟结果与钢质同步器齿环热精锻工艺试验结果吻合一致，完全可以指导钢齿环模具设计，能够缩短产品开发周期并降低开发成本。