变速箱齿轮油槽锻造成形工艺开发

此前，我公司齿轮产品上的油槽均为齿轮锻造完成后机加工铣出油槽，这样既增加了铣油槽成本，又影响交付进度。但锻造油槽，油槽深度很难保证，且冲孔时容易导致油槽变形，本文针对锻造油槽的重难点介绍了变速箱齿轮油槽的锻造成形工艺，以及锻造油槽中存在的问题和解决方法。

变速箱齿轮在高速运转时，需要变速箱油进行润滑和冷却，尤其是齿轮和轴承的接触面，当润滑不足时，会造成轴承端面烧蚀而过早失效。为保证齿轮在工作时获得足够的润滑，设计时，在齿轮端面上设计油槽，起到通油的作用。

齿轮油槽的结构

变速箱型号不同，挡位不同，对应的油槽结构也不同。根据油槽形状的不同，变速箱上齿轮油槽结构可分为以下5种形式（图1）：⑴单槽油槽；⑵双槽油槽；⑶螺旋油槽；⑷十字油槽；⑸交叉油槽。根据齿轮两端面是否都有油槽，亦可分为两种结构：单面油槽和双面油槽。

图1 齿轮油槽的结构

成形方式

三种成形方式

齿轮上油槽的成形方式有如下三种：

⑴齿轮锻造完成后冷压或热压出油槽，此方式须配有独立的油压机或增加压油槽工序，且需要专门的压油槽模具；

⑵齿轮锻造完成后机加工铣出油槽，此方式增加了机加工和运转成本，影响交付进度；

⑶油槽锻造成形，此方式直接利用齿轮锻造模具，在完成齿轮坯锻造成形的同时，一次性完成油槽锻造。从成本和交付进度方面考虑，油槽直接锻造成形更经济。

油槽锻造成形分析

油槽锻造成形，存在如下问题：

⑴产品上的油槽深度大多只有1～2mm，且深度尺寸公差小，但锻件厚度公差较大，可能导致机加工后无法满足油槽深度尺寸要求。

⑵若油槽在下模，在冲孔工序，因冲孔挤压，会将料挤压到油槽处，油槽靠近内孔处会凸起，导致油槽变形严重。

下面，将针对单面油槽、双面油槽分别就上述两个问题的解决方法进行阐述。

单面油槽的成形及控制

只有齿轮的一个端面上有油槽，此类产品的油槽锻造相对比较简单。

针对由于锻件厚度公差大导致油槽深度尺寸无法保证的问题，可根据油槽所在的端面，确定机加工定位面，这样，就可使带油槽的端面的机加工去除量保持一致，从而保证油槽深度。

针对油槽变形问题，由于变形多因冲孔导致，且多在下模，因此对于单面油槽，在冲孔工序，可将带有油槽的那一面朝上，从而防止油槽变形。

双面油槽的成形及控制

齿轮两端面都有油槽，上述问题就会表现得尤为突出，目前常见的解决办法为只锻出其中一面油槽，另一面采用机加工铣油槽。这样，控制起来相对简单，但依然需要增加铣油槽工序，增加机加工成本，而且还会增加流转时间，因此该方法不是最经济的。

双面油槽深度的控制

直接锻出双面油槽，若锻件厚度公差控制不合理，如锻件厚度尺寸偏上差，后加工的那一面的机加工去除量就大于设计值，从而导致油槽深度尺寸偏小，严重的可能会将油槽面车平，因此控制锻件厚度公差尤为重要，从以下几个方面入手：

⑴合理控制下料重量。目前，齿轮类锻件多为闭式锻造，即整个锻造成形过程中，金属是在一个封闭的模具型腔内流动成形的，根据体积不变原理，下料重量的偏差将直接体现到锻件厚度上，从而导致锻件厚度偏差不可控。以图2所示的某客车变速器上二轴齿轮为例，若下料重量偏上差30g，锻件厚度就会偏上差1mm。我公司采用日本万阳的高精密剪床下料，下料重量偏差可控制在±10g以内。

图2 某客车变速器上二轴齿轮

⑵合理设计模具上油槽的深度。由于锻压机上生产的锻件，厚度多会超上差，且批量生产时模具上的油槽结构容易磨损，因此，在模具设计时，须在原有油槽深度的基础上适当加深，规定如下：对于机加工定位的那一面，可在油槽深度上加深0.3～0.5mm，非机加工定位的那一面，可加深0.7～1mm。

双面油槽冲孔变形的控制

⑴如果冲孔时油槽与内孔有一定距离（单边≥3mm），可在冲孔凹模刃口处做出凸起，将油槽保护在变形区外（图3）。这样，即使冲孔变形，也不会影响油槽的尺寸、形状。

图3 冲孔凹模刃口做凸起

⑵如果油槽直接与内孔相通，无法在冲孔凹模刃口处做凸起，将油槽保护在变形区外，可从两个方面入手解决冲孔时油槽变形的问题：

1）冲完孔后压油槽：利用冲孔切边顺序模的结构，冲完孔后在切边工序压出油槽（图4）。这种方法的优点：冲完孔后压油槽，油槽不会变形，尺寸稳定。但缺点是增加一个工步，当采用手工操作时，操作不太方便，且生产效率低。

2)设计新的弹性冲孔模结构（图5），使锻件在冲孔过程中始终处在被压紧状态，可有效预防冲孔变形，压紧装置应同时具有浮动及压紧两种功能，以提供足够的退件力，保证冲孔后顺利退件。

图4 冲完孔后压油槽

图5 弹性冲孔模

结论

⑴单面油槽可利用合理确定加工面的方法保证油槽深度，利用将冲孔时油槽面朝上的方法防止油槽变形。

⑵双面油槽的油槽深度控制：1)合理控制下料重量；2)合理设计模具上油槽的深度。

⑶双面油槽冲孔变形控制：1)在冲孔凹模刃口处做出凸起保护油槽；2)利用冲孔切边顺序模的结构，冲完孔后热压油槽；3)设计新的弹性冲孔模结构，压紧状态下冲孔。

——本文节选自《锻造与冲压》2019年第7期。