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汽车齿轮的精密锻造技术江苏森威精锻有限公司徐祥龙李明明摘要本文介绍了精密锻造成形在汽车齿轮制造中的应用,总结了各种齿形精密锻造的关键技术,特别提到分流锻造在齿形成形方面的应用。
前言齿轮精密锻造成形是一种优质、高效、低消耗的先进制造技术，被广泛地用于汽车齿形零件的大批量生产中。
随着精密锻造工艺和精密模具制造技术的进步，汽车齿轮和齿形类零件的生产已越来越多地采用精密锻造成形。
当前国外一台普通轿车采用的精锻件总质量已达到（40—45）Kg,其中齿形类零件总质量达10Kg以上。
精锻成形的齿轮单件质量可达1Kg以上、齿形精度达到(DIN) 7级。
随着汽车的轻量化要求和人们环保意识的增强,汽车齿轮制造业将更多地应用精锻成形技术。
一．伞齿轮的精锻成形1. 伞齿轮(锥齿轮)的热精锻成形（1）早期的伞齿轮精密锻造伞齿轮的精密锻造最早见于50年代德国的拜尔工厂，并在蒂森等公司得到广泛的应用(1)。
我国上海汽车齿轮厂等在70年代采用热精锻技术，成功进行了伞齿轮的精密锻造生产。
在当时社会主义大协作的环境下，伞齿轮的精锻技术很快在齿轮行业得到推广应用。
该技术的应用和发展得益于2项当时先进的技术：模具的放电加工技术和毛坯感应加热技术。
先淬火后加工的放电加工避免了模具淬火变形带来的齿廓误差；快速加热的中频感应加热解决了齿轮毛坯在加热过程中的氧化和脱碳问题，以上2项技术的应用使锻造成形的伞齿轮齿面达到无切削加工要求(图1、图2)。
图1.精锻成形的行星和半轴齿轮图2.精锻成形的汽车行星齿轮（2）锻造设备伞齿轮的锻造设备在国外一般使用热模锻压力机。
但在60-70年代的中国，热模锻压力机是非常昂贵的设备。
因此，国内企业普遍使用的锻造设备是双盘摩擦压力机（图3）。
该设备结构简单，价格便宜，很快成为齿轮精锻的主力设备。
但摩擦压力机技术陈旧、难以控制打击精度、而且能源利用率较低。
随着高能螺旋压力机和电动螺旋压力机的出现（图4），落后的摩擦压力机有被取代的趋势。
高端商务车铝合金转向节精密铸锻复合成形工艺优化目录一、内容描述 (2)1.1 背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 研究内容与方法 (4)二、铝合金转向节精密铸造成形工艺分析 (6)2.1 铝合金材料特性 (7)2.2 铸造设备与工艺参数 (8)2.3 铸造成形过程中的质量控制 (9)三、铝合金转向节精密锻造成形工艺分析 (10)3.1 锻造设备与工艺参数 (12)3.2 精密锻造技术及其应用 (13)3.3 锻造成形过程中的质量控制 (14)四、铝合金转向节精密铸锻复合成形工艺优化 (15)4.1 复合成形工艺设计 (16)4.2 材料选择与性能预测 (18)4.3 工艺参数优化与仿真验证 (19)4.4 工艺实施与效果评估 (20)五、实验设计与结果分析 (21)5.1 实验材料与设备 (22)5.2 实验方案设计 (23)5.3 实验结果与分析 (25)5.4 成果总结与讨论 (27)六、结论与展望 (28)6.1 研究成果总结 (29)6.2 存在问题与不足 (30)6.3 后续研究方向与应用前景展望 (31)一、内容描述本文档主要研究高端商务车铝合金转向节精密铸锻复合成形工艺的优化。
随着汽车行业的发展，对汽车零部件的性能要求越来越高，尤其是在安全性、舒适性和节能性方面。
铝合金转向节作为汽车转向系统的关键部件，其性能直接影响到整车的安全和操控性能。
对铝合金转向节的制造工艺进行优化具有重要的实际意义。
本文首先介绍了高端商务车铝合金转向节的市场需求和发展趋势，分析了现有铸造和锻造工艺在生产过程中存在的问题，如成本高、效率低、产品性能不稳定等。
针对这些问题，本文提出了一种精密铸锻复合成形工艺，通过将铸造和锻造工艺相结合，实现铝合金转向节的高效、精密制造。
本文从以下几个方面对精密铸锻复合成形工艺进行了优化：优化铸造工艺参数，提高铝合金转向节的致密度和力学性能；改进锻造工艺流程，提高铝合金转向节的成型精度和表面质量；引入先进的热处理工艺，改善铝合金转向节的组织和性能；采用智能化设备和自动化生产线，提高生产效率和产品质量稳定性。
近净成形技术-精密辊锻摘要为了提升航空产品竞争力,要求生产过程节约能源、节约材料、提高资源利用效率,发展、应用近净成形技术是一个有效途径,精密辊锻就是近净成形技术的一种典型加工方法,本文以航空产品叶片作为载体介绍了精密辊锻的应用及成型的加工工艺要点。
关键词近净成形;精密辊锻;工艺现代先进的航空装备产品,为了提升战场和市场竞争力,通常必须在质量(高)、效率(高)、寿命(长)、成本(低)等方面具有综合优势。
而质量、效率、寿命、成本的完美结合,需要通过先进的制造技术加以实现。
近净成形技术是目前制造技术中发展较快的先进技术,它实现了高质、高效、低成本的加工。
近净成形技术之一精密辊锻技术实现了“两高一低”的目标。
我国制造业在一个相当长的时期将获得快速发展,制造业特别是机械制造业的发展,要求生产过程节约能源、节约材料、提高资源利用效率,已成为能否以低成本、高质量、高效率参与国际市场竞争的十分重要的问题,发展、应用近净成形技术就是一个有效途径。
近净成形改变了传统的毛坯成形技术,使产品毛坯成形实现由粗放到精化的转变,使外部质量作到无余量或接近无余显,内部质量作到无缺陷或接近无缺陷,实现优质、高效、轻量化、低成本的成形。
金属零件近净成形技术是一种生产工序少、成本低、材料利用率高、成形精度高的金属零件直接加工技术,这些技术的应用不仅提高产品的性能,而且节省了大量的贵重金属,降低了成本。
精密辊锻就是近净成形技术的一种典型加工方法。
1 辊锻的分类及应用辊锻是将轧制变形引入锻造生产中的一种锻造新工艺,其特点就是在于通过一对反向旋转的模具使毛坯连续地产生局部变形。
即坯料在高度方向经辊锻模压缩后,除一小部分金属横向流动外,大部分被压缩的金属沿坯料的长度方向流动,因此,辊锻变形的实质是坯料的延伸变形过程。
辊锻工艺按其用途分为制坯辊锻与成形辊锻两类。
辊锻工艺按采用型槽的类型可分为开式型槽辊锻与闭式型槽辊锻两种方式。
开式型槽辊锻的模槽是刻制在两个辊锻模上,因而刻槽较浅,锻模的强度高,而且能量的消耗也较少。
第二讲1. 精密洁净铸造成形工艺气化模铸造工艺与设备概述气化模铸造按工艺方法主要分为两种：气化模-铡压铸造（EPC-V法）和气化模-精铸-负压复合铸造（EPC-CS法）。
EPC-V法铸造是气化模-振动计紧实负压工艺。
它利用气化模作一次性模型和不含水分、粘结剂及任何其他附加物的干砂造型，浇注和凝固期间铸型保持一定的负压度，由此获得近零起模斜度，可直接铸螺纹及曲折通道，表面光洁、尺寸精确、无飞边的近无余量少加工精密铸件。
EPC-CS法复合铸造是气化模-精铸-振动紧实负压复合铸造工艺。
它是用气化模代替蜡融出，将超薄型壳埋入无粘结剂干砂中，采用振动紧实造型，浇注和凝固期间铸型保持一定的负压度，而获得表面光洁、尺寸精确的无余量精密铸件。
气化模铸造是在实型铸造基础上发展起来的。
实型铸造由美国H.F.Shoyer发明并于1958年获得专利。
后经德国Witmoser等深入研究，1961年进入工业化生产，尤其对冶金矿山、造船和机械用大型、单件、小批量生产的铸件更为适宜，在工业生产中应用实型铸造的国家主要有美、英、法、俄、日、德、和中国等。
由于实型铸造采用可消失的聚苯乙烯塑料模，不存在普通砂型铸造从铸型中取出模样的困难，简化了铸造工序，降低劳动强度和成本，提高了生产效率。
但实型铸造存在着铸件表面质量差，尺寸精度低，易造成中、低碳钢铸件表面增碳和缺陷，因此限制了该工艺的发展和应用。
80年代，工业发达国家，在实型铸造基础上，针对上述问题进行了研究，推出了EPC-V法铸造工艺，引起了铸造界的关注，认为这是铸造行业上的一项突破。
福特、通用、菲亚特等汽车公司已开始应用该工艺生产汽车、发动机和涡轮机用铸件，如图28所示。
该工艺在欧洲、美洲、日本及中国也等到大力开发和应用。
然而，EPC-V法铸造工艺易于在铸件内存在气化残物和造成中、低碳钢铸件表面增碳、增氢缺陷[59]，一般渗碳层深度为0.5～2.5mm，渗碳量（质量分数）在0.01%～0.6%之间，使铝合金铸件的气密性较差，从而限制了EPC-V铸造在生产铸铝、铸钢件中的应用。
精密锻造成形技术及应用
作者：王京
来源：《工业设计》2016年第02期
摘要：随着我国机械制造业的快速发展，工业制造技术水平也提升较快。
精密锻造成型技术已经逐渐完善和成熟，其应用的范围也是非常广泛，尤其在汽车制造、航空航天、船舶制造等方面应用较多。
本文简单介绍了精密锻造成型技术在实际应用中的几种工艺方法，并分析了精密锻造成形技术在汽车制造中的应用。
关键词：精密锻造成形技术；精密锻造工艺；发展趋势
锻造技术在我国的应用比较早，从青铜器时期开始，我国就能熟练地运用锻造技术来锻制农具、器具以及兵器等。
随着社会生产的发展，为了满足人们的生活生产需要，锻造技术也在不断地改善和提升。
对于我国目前的工业水平和市场需求，传统的锻造技术已经满足不了社会发展的需要，因此，加快锻造技术的研发和创新迫在眉睫。
精密锻造成形技术即是将零件锻造成形后，只需要通过少量地加工甚至是不需要再次加工就可以得到满足尺寸精度要求的零件。
应用该技术一方面可以减少能源、原材料的使用，另一方面还能精简生产设备以及加工工艺，大幅度地提升产品的质量以及生产效率，为制造企业减少生产成本。
精密锻造成形主要有两种方法进行：精锻件，采用精锻技术直接对零件的某个部分或者整个零件进行加工，就能大大减少机械加工的工作量；精化毛坯，采用精锻技术直接加工出符合标准的毛坯。
目前，在精密锻造工艺中，根据不同的成形温度归分为四种，即冷精锻、温精锻、热精锻以及复合精锻等。
1 精密锻造成形工艺的方法
1.1 冷精锻成形工艺
冷精锻工艺即是直接在室温下对金属材料进行加工锻造，其技术主要分为冷镦挤和冷挤压等。
其原理为让金属材料在常温下受到所施加的压力而产生塑性变形，最终根据零件的使用要求生成形状各不相同的锻件。
冷精锻成形工艺的优点包括：能精准地把握工件的尺寸与形状，避免了因为高温产生的误差；所生成的工件有着较高的精度和强度；由于不用进行热加工处理，工件的表面不会有烧损和氧化反应，所以工件的表面质量也很高。
在冷精锻工艺中，锻件的抗变形力大、塑性差以及填充效果也差，就需要规格较高的模具和设备，一般锻造的工件其形状都不会很复杂。
冷精锻成形技术在多品种小批量生产中应用较为广泛，包括汽车零部件、摩托车零部件和齿形零件等，比如之前的球头销、螺母、活塞销等，现在的有花键轴、十字轴、等速万向节、
启动齿轮、传动轴、三销轴等等。
目前，我国汽车工业也是快速发展，冷精锻成形技术的应用也有着重要的意义，其中最具有代表意义的就是江苏大丰森威汽车精锻件厂，已经实现高难度零部件的批量化生产。
1.2 温精锻成形工艺
温精锻成形技术，即是先把锻件进行热处理，加热到再结晶温度之下的某个适合的温度进行锻造。
该技术是在上世纪60年代开始发展的，其最好的锻造温度应该是让锻件的抗变形力明显减弱以及塑性变形显著增加时的温度，并且在此温度下，锻件还没有发生较强的氧化作用。
采用温精锻工艺，一方面可以解决锻件抗变形力大的问题，且能锻造形状复杂的工件，另一方面还能消除由于发生氧化作用而对工件的尺寸精度和表面质量造成的影响。
同时，温精锻成形工艺也有一定的局限性，锻造时的温度过低、温度范围也很窄，这就对模具和锻件本身的属性有着较高的要求，一般都是运用精度非常高的锻造设备才能完成这个工艺，该工艺通常在锻造一些中等强度的工件中应用较多。
所以，温精锻成形技术更适用于大批量生产。
1.3 热精锻成形工艺
热精锻成形技术，即是在金属材料的再结晶温度之上进行锻造。
由于锻造的温度比较高，金属材料的塑性变形较好、抗变形力较低，金属材料的变形程度大，所以更容易生产出形状较为复杂的工件。
在热精锻成形工艺中，经常会运用到的方法为闭式模锻，但是在实际生产中会受到制造精度低、下料不准、模具设计误差等因素的影响，闭式模锻在工艺的后阶段产生较大的抗变形力，将会伤害到机械设备和模具。
在处理这个问题时需要用到分流降压的原理，就是在封闭型腔最后充满的部位设置形状大小合理的分流降压腔孔，起到的作用为一旦坯料充满到整个型腔，就会让多出的金属液体通过这些飞流腔孔自动流出，就能很好地解决型腔容积和坯料体积不均等的问题，还使得型腔内的压力得到有效缓解，延长了模具和设备的使用寿命。
现阶段，我国自主生产的载重汽车中装配的直齿锥齿轮几乎都是采用热精锻工艺技术生产的，大致的生产工艺包括：下料、车皮、加热、预锻、终锻、切飞边、温精压等，并且最终工件成形的精度非常高。
1.4 复合精锻成形工艺
复合精锻成形技术，它综合了冷精锻、温精锻和热精锻工艺等三种技术，并且还融合了其它相关的成形技术，根据工件的生产要求来组合多种锻造方法以共同锻造工件，它可以将冷精锻、温精锻及热精锻的优点全部凸显出了，且能有效避免三种工艺的弊端。
运用复合精锻成形技术，就可以生产出尺寸精度高、形状复杂、性能高的锻件。
它相比传统的锻造成型工艺，其优点更加全面，工艺流程也较为简便，能够锻造更多符合实际需要的工件，减少了能源和原材料的使用，有着较高的经济效益。
复合精锻成形技术在各种管接头和齿轮等强度比较高的工件中是一种非常标准的锻造工艺。
目前，符合精锻成形技术在我国仍然处于研究阶段，只有极少数地方运用到，还需要大家的共同努力。
2 精密锻造成形技术在汽车制造中的应用
在汽车制造业中，汽车的零部件较多，有些零部件的质量要求和性能要求也非常高，而精密锻造成形技术的有效应用将会大大提高零部件的质量和生产效率，以满足汽车制造业的生产需要。
现阶段，精密锻造成形技术在汽车制造的应用范围主要为：齿轮类、花键类、轴类和整体桥壳等零部件。
齿轮类零部件：由日本研发出的一种汽车换挡传动齿轮结合齿整体热锻加冷精锻成形技术，处于汽车齿轮锻造中的领先位置，一方面可以节约大约30%的原材料，将材料的平均利用率提高到60%，另一方面，锻件的精度和使用性能都非常高，产生了较大的经济效益。
这项技术已经被引进到我国的汽车制造中。
花键类零部件：目前，不管是国内还是国外，在生产汽车花键类零部件时所采用的锻造工艺大致包括：平板齿条搓挤工艺、冷挤工艺、整体凹模和多辊凹模正挤工艺等。
在我国，通常使用的是平板齿条搓挤工艺和整体凹模正挤工艺。
在汽车工业较为发达的日本，多以冷挤压精锻成形技术为主，在我国只有在少数花键齿比较短小的零部件上应用冷挤精锻成形技术。
轴类零部件：生产轴类零部件时多以冷挤压精锻成形技术为主，如：半轴、输出轴和输入轴等。
在日本和德国，在制造轴类零部件时基本普及了冷挤压技术，而在我国只有部门汽车制造厂采用了冷挤压技术。
我国汽车制造部门也正在研发这一技术，且已经研发出轻型车的半轴冷挤压成形技术。
整体桥壳：一些欧美国家在制造汽车的整体桥壳时利用的是缩径——扩胀技术，而我国已经研发出缩径——液压胀形成形技术，将会逐步地替代冲焊桥壳技术和铸造桥壳技术。
精密锻造成形技术在汽车工业制造中的应用比较广泛，且精密锻造成形技术的水平也标志着整个汽车工业的制造水平。
德国、日本在这一领域的研究遥遥领先，而我国的汽车工业刚刚起步，很多技术还未实现真正意义上的国产化，这就需要研究者投入更多的精力开发出先进的精密锻造成形技术，进而推动我国汽车工业的快速发展。
3 结语
本文对精密锻造成形技术的研究还比较浅显，不可否认，精密锻造成形技术的应用确实在工业生产中起到了关键性的作用。
但是，该项技术目前还处于不太完善的地步，还需要进一步研究，不断地完善并且创新，进而能够大大提高锻件的质量、运用的原材料多元化、工件尺度多样化、减少设计时间等，
参考文献：
[1] 王忠雷，赵国群.精密锻造技术的研究现状及发展趋势[J].精密成形工程.2009（01）：32-38.
[2] 刘汀，王晓群，陈学文.摇臂轴精密成形工艺及模具设计[J].热加工工艺.2012（19）：88-91.
[3] 王忠雷，赵国群.精密锻造技术的研究现状及发展趋势[J].精密成形工程.2009（01）：32-38.。
