半軸齒輪模具結構優化創新與應用
發布時間：2021-05-19
半軸齒輪主要應用于汽車、工程機械、農業機械等的差速器中，是實現左右車輪在轉向過程中以不同轉速移動的主要部件。
本文介紹的是我公司生產的一類半軸齒輪，其軸部長度介于15～35mm 之間，工藝為胎模鍛鍛造工藝，該類零件年需求約10 萬件，針對傳統胎模鍛生產過程的勞動強度大及安全性差進行了工藝優化創新，取得了顯著效果。
初始工藝
該類半軸齒輪的特點為：齒輪與軸部直徑相差較大，半軸胎模鍛模具設計時，需注意以下兩點：⑴加工問題。若將軸部直徑與齒輪直徑做一致，則軸部存在加工余量大、加工費用高的問題，因此需將軸部鍛出。
⑵胎模模具壽命、強度等。若單純的采用通底式模套進行生產，則半軸相應位置的模具高度偏小，存在模具強度不足，在鍛打過程中有容易開裂等風險。
綜上工藝分析：該類零件在使用胎模鍛工藝時，胎模一般采用有模墊式套模結構，即由模套、模墊兩部分組成，通過增加模墊，增高軸部的模具高度，以達到提高模具強度和壽命的目的。生產工藝流程一般為：下料→加熱→胎模鍛。
該工藝的生產設備一般為“C”形空氣錘。模具固定方式：將模具柄與套模通過焊接方式連接，工人通過模具柄扶穩模具，操作流程為：放置坯料→鐓粗→移走坯料→清理砧座上氧化物→放置模套→放置模墊→放置鐓粗后坯料→鍛打→出模→清理砧座。
缺點及安全隱患
整個生產過程基本順利，但有以下幾個傳統胎模鍛工藝的通病一直困擾著我們：- 置模墊時，由于模墊與模套之間間隙較小，一般單邊間隙為0.2 ～0.5mm，模墊向模套內放置時操作困難，且放置模墊是在設備工作封閉空間內完成，存在安全風險。
⑶生產工人為避免出現模墊被打飛的風險，需用力握緊胎模柄，盡量減小模套跳動、移動量，此方法不僅增強了勞動強度，且鍛打節奏不能過快，影響生產效率。
原因分析
為解決上述問題，我們組織生產工人及技術人員結合實際情況展開分析、討論，結論如下：⑴鍛打結束前，錘頭與模套上端面發生撞擊，模套發生“上下彈跳”“左右橫移”的現象，在胎模鍛工藝中無法消除避免。
⑵安全隱患的根本原因是：模墊與模套配合方式為直面配合，存在間隙；在上下方向，模套對模墊無約束，模墊易從模套下方漏出，通過改動結構，增加模套對模墊的約。
⑶模套與模墊之間間隙小，模墊向模套內放置困難，操作不便。為避免出現擠毛刺現象，其靜態配合間隙無法擴大，但可以通過改動模套、模墊的配合方式，增大模墊開始放入模套時兩者之間的瞬間間隙。
改進措施
結構改動：為增加模套對模墊上下方向的約束，增大模墊放入模套時的瞬間間隙，將模套與模墊之間的配合方式由豎直圓柱配合改為直面與傾角α 共存的方式；同時改變模墊形狀，將模墊由圓柱形改為圓柱與圓錐組合形，新工藝生產驗證
首先，制作新模具，按照新設計的圖紙制作模套、模墊；其次，對職工進行新工藝操作培訓；隨后組織生產調試，本次調試效果非常理想。⑴模套與模墊在鍛打過程中實現了同步移動，徹底杜絕了模墊從模套中掉出而被打飛傷人的可能性，從模具結構上消除了不穩定因素。
⑵使模墊放入模套時的瞬間間隙β1 相對改進前間隙β2 單側增大了2 ～6mm，
⑶解決了必須在模套放置于砧座上后，才能放入模墊的弊端，使模墊可以提前在設備工作封閉空間外放入模套，避免了在設備封閉空間內的操作，降低安全風險；并且可使清理砧座與模套裝配模墊同時進行，縮短操作流程的整體時間，提高生產效率。將操作過程更改為：
放置坯料→鐓粗→移走坯料→清理砧座上氧化物，在設備封閉外將模墊放入模套→放置裝配好的胎模→放置鐓粗后坯料→鍛打→出模→清理砧座。
工藝推廣
后續又通過兩個系列半軸齒輪，共計15 個零件，對該結構進行生產驗證：模具結構優化后，從防錯的角度徹底避免了因操作失誤出現的危險因素，同時使操作更加方便，降低了勞動強度；縮短了整個操作流程的時間，提高了生產效率。根據統計結果，生產這兩個系列的零件，在改進前單件生產約需80s，改進后一般可在60s 內完成，單件效率提升30%左右，整體班產產量約提高25%。
結束語
本文主要對小型半軸齒輪的胎模鍛工藝進行分析，對實際生產操作進行了總結，并引用防錯思想進行結構優化創新，不僅有效提高了工作環境的安全性，同時也提高了生產效率。目前，“安全、優質、高效”的生產方式，是保障企業長期穩定發展的根本手段，而機械防錯是保障“安全、優質、高效”生產方式的有效手段。所以，在模具設計及改進時，以防錯思想為指導，才能使結構更加合理。
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