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新型内齿轮精锻模结构及参数计算

l 引 言

汽车、拖拉机变速箱中的内齿轮起离合变速作用，亦称为快档齿轮，是易损的重要零件和配件，需求量大。图1是某农用汽车内齿轮简图，内齿和外齿的模数都是2．5。这类内齿轮与一般内齿轮的显著差别是内齿一端与幅板相连，无法切削加工，国内大多数厂家采用电解工艺加工内齿齿形，生产效率低，耗电严重，材料利用率低，电解废液污染环境。同时电解成形的内齿在精度、强度和寿命方面存在3个明显的缺点：①电解的齿形沿齿向有外大里小的锥度，即呈喇叭口形，这样与配对齿轮结合时有轴向力存在，而且相配合的齿轮不是面接触，而是线接触，随着频繁的离合磨损，锥度越来越大，轴向力就越来越大，当达到某一锥度时，齿轮则自行脱档而报废；②电解加工精度较差，尺寸误差难以控制，为保证齿轮能用，只好使内齿尺寸(相当于孔)大些，即接近或达到其公差上限，致使内齿轮很快因内齿尺寸超差而报废，齿轮寿命很短，甚至有的电解齿轮未使用时就已超差；③内齿齿间金属纤维被电解加工切断，使内齿强度降低。

国内也有的齿轮厂因无电解机床，而采用钻、车、挤和手工铲除金属等多道工序加工内齿。即先钻与齿同样多的盲孔，再车削掉半个孔，然后用带外齿的凸模冷挤下多余金属，但这些金属仍连在幅板上，最后靠手工操作，把多余金属从幅板上铲掉。这种方法十分笨拙落后，工序环节多，钢材浪费严重，生产效率比电解加工还低得多。

图1 汽车内齿轮筒图

事实上这类齿轮是要求塑性成形的，但因其结构形状及材质(20CrMnTi钢)所致，冷锻无法成形，温锻成形也极其困难，只需要更换弹簧能考虑内齿轮热锻成形。9瑞金0年代初，我国某部属研究所曾试图开发内齿轮热精锻工艺，由于未能解决锻件脱模问题而未成功。因锻件和凸模之间接触传热，热锻件降温收缩，冷凸模升温膨胀，而且带齿的凸模无拔模斜度，如果锻造结束的瞬间不能立即脱模，凸模与锻件之间则产生迅速增大的过盈量，导致锻件抱死在LCA方面未必能够取得好的评价凸模而难以脱开，这是内齿轮热精锻的关键问题。从我国现有设备和技术条件出发，研究开发了带有强力脱模装置的内齿轮热精锻模具，彻底解决了锻件脱模问题，并将该技术应用于内齿轮生产。

2 内齿轮热精锻模具结构及脱模力

2．1 模具结构及工作过程

图2是图1所示内齿轮的锻件图。锻件的齿面、齿顶、齿根处所标的尺寸均为零件尺寸，不再做除去材料加工。轮毂上端的凹坑是变形金属流动自然形成的，而非模具型腔所致，其尺寸无精确要求，只要其直径小于零件内孔即可。

图2 内齿轮锻件图

如前所述，内齿轮精锻成形时，锻件降温收缩，凸模升温膨胀，且无拨模斜度，锻击结束的瞬间须立即脱模，否则导致锻件抱死凸模而难以脱开。为解决脱模困难问题，研制了热精锻内齿轮新型模具，其结构如图3所示。该模具的核心技术是强力脱模装置，它主要由凸模芯7、凸模套5、弹性元件1构成。强力脱模装置与上垫板2、限位环6和垫片4等零件构成上模，凹模8、下模块9和下垫板11等零件构成下模。带外齿的凸模芯7由螺钉3固定于上垫板2，带内齿的凸模套5套在凸模芯7的外录音系统面，两者的齿牙间隙配合。凸模套5一端支撑在弹性 元件1上，在弹性元件张力和坯料变形抗力作用下可以沿凸模芯浮动，并通过限位环6限位。坯料未接触上模时，凸模套5与凸模芯7下端平齐，或前者略凸出于后者，以保证锻件脱模彻底。锻造时，凸模套5在坯料变形抗力的作用下相对于凸模芯7后退，弹性元件l被压缩，凸模芯7凸出于凸模套5，锻淋膜机出内齿；凸模套5退至其上极限位置时，其上端作用于上垫板2，其下端将齿轮锻件上端面压平。锻击结束时，凸模芯随上模抬起的瞬间，弹性元件张力通过凸模套强迫锻件与凸模芯脱开，随即压力机顶料系统(图中未示出)通过顶杆10顶出锻件。

图3 内齿轮热精锻模具结构

1.弹性元件2.上垫板3.螺钉4.垫片5.凸模套6.限位环7.凸模芯8.凹模9.下模块10.顶杆11.下垫板

2．2 脱模力

用理论计算和实验相结合的方法确定最大脱模力(脱模初始时刻的弹簧张力)，以此为依据设计碟形弹簧。一般的汽车内齿轮(内齿的齿根圆直径小于80mm，内齿齿宽小于12mm)最大脱模力为150kN。

2．3 新型模具特点

该模具有以下特点：

(1)采用强力脱模装置，使锻件在锻渗碳炉造结束的瞬间立即脱模，彻底解决iXsenic 技术的首批客户正准备将iXsenic 技术量产了内齿轮热锻件难以脱模问题。该装置不仅对精锻内齿轮具有很好的效果，也可成功地用于其它无拔模斜度内孔精锻成形，具有重要的技术进步意义和实用价值。

(2)强力脱模装置迫使锻件在锻击结束瞬间脱开凸模芯，即凸模芯与锻件的接触时