副箱驱动齿轮类零件锻造模具寿命提升

文／邵利芳，党军·陕西法士特齿轮有限责任公司

副箱驱动齿轮类零件因为厚度厚、壁薄的特点，使得相应的锻造模具型腔也比较深且型腔壁较薄，成形过程中极易在模具壁薄处产生破裂问题，造成模具寿命不高，锻件成本居高不下。

图1 为我公司设计的某副箱驱动齿轮示意图，该齿轮锻件外径为φ140mm，总厚度91.6mm。该类直径小、厚度厚、形状类似法兰盘的零件，其模具寿命不高一直是困扰我们的问题。

锻造工艺探讨

原有工艺

一般情况下，针对副箱驱动齿轮类零件，开式模锻是其最广泛使用的模锻方法，这种方法的优点在于模具壁厚，锻件有充裕的坯料可以充满各个圆角，飞边对模具受力起到缓冲作用，保证了模具寿命，但是其飞边材料损耗为锻件重量的10%～50%，平均约为30%，而材料费占模锻件成本的60%～70%，所以我们将此类锻件改为闭式生产。

原因分析

闭式模锻是坯料在封闭型槽内以镦粗或挤压的方式变形成锻件的。同开式模锻相比，闭式模锻最后成形部分必须靠模壁封住坯料进行内部充满，这对模壁强度要求比较高。在以前设计时只考虑锻件型腔，对模壁强度考虑不足，但是对于图2 红色标记所示部位需要充满，在坯料接触外壁后必须继续下压模具，导致模具受力过大，锻件模壁薄弱处，特别是根部圆角(图3）在成形后期受力过大破裂。

改善后的闭式热模锻工艺

为了提高模具寿命，针对此类法兰类薄壁锻件，我们统一考虑更改模具结构，将模具整体结构更改成分体结构，同时调整模具设计思路。为防止φ89.6mm 处模具受力过大，我们将难充满的φ66.5mm 部位做成分体式结构，同时在φ89.6mm处增加排气孔，减轻该处成形过程中憋气的情况，如图4 所示。经过更改后，模具寿命明显好转，由以前的1500 件左右升至3000 件左右，但是仍然不能满足现场生产需求，特别是不能满足自动线生产的模具寿命需求。

图3 锻模破裂情况

图4 多工步生产模具

我们重新分析整个锻件，在不改变锻件工艺用料的前提下，对预、终锻模具的设计保证两点：第一、确保模具寿命达到设计要求，不会出现破裂的情况；第二、锻件出模顺利，不会出现卡模的现象。我们认为，锻件上模侧壁厚度小，而锻件在成形过程中，上模受到的冲击力要比下模大的多，所以将锻件进行掉头设计，也就是模具厚壁部位设计在上模，薄壁部位设计在下模，而且将下模薄壁部位和成形外圈设计为一体，如图5 所标43 模具外圈所示。在设计过程中，预锻设计是最为关键的，也是最能体现设计者技术水平的。预锻主要起分料的作用，能为终锻成形做好准备。在设计上，我们保证预锻件在终锻型槽内尽可能镦粗且充满型腔，而不发生坯料回流现象，这样尽可能地减少锻件的反挤成形，减少成形力的同时也降低锻件折叠形成的风险。

图5 更改后的模具图

按照新的思路进行模具设计后，锻件充满性好，模具寿命达到设计要求。在多工位或高能螺旋压力机上使用该模具时，模具寿命提高为原来的两倍以上，从而降低了锻造成本，且降低了工人的劳动强度。

结论

本文通过对副箱驱动齿轮类零件不同模具设计工艺的对比，得出以下结论：

⑴在预锻型腔设计时，要考虑分料，也要考虑锻件成形过程中坯料的流动方式。

⑵此类高翼型驱动齿轮的闭式工艺，不同于其他齿轮的闭式工艺，特别是在高速自动线上，因步进梁传输比较快，人力无法干预，所以在设计过程中要充分考虑每个工步的定位，分料要准确，特别是预锻型腔的设计必须为终锻成形做好准备。

⑶对于大多高能压力机通常只有镦粗和终锻工步，模具设计更有难度。择优的终锻型腔设计，可以降低锻件的废品率，同时又可避免因产品结构导致模具壁薄易破裂的缺点，从而有效降低锻造成本。

⑷该副箱驱动齿轮类零件的模具设计，对其他相似结构的模具设计具有借鉴和参考意义。