載重汽車輪邊減速器齒輪冷擠壓成形技術(shù)與傳統(tǒng)切削加工方法的比較

1、齒輪成形方法介紹
　　齒輪由于其傳動的特殊性，在日常生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，為保證齒輪的使用壽命，各行各業(yè)對齒輪的制造精度及其機(jī)械性能提出了更高的要求。 
　　現(xiàn)階段齒輪加工主要有切削加工和塑性成形兩種方法。   
　　齒輪切削加工勢必會破壞金屬的纖維組織，降低輪齒的強(qiáng)度、耐磨性和使用壽命，且傳統(tǒng)的切削加工方法已不能滿足大批量生產(chǎn)的需求，更無法適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的時代主題。
　　齒輪冷擠壓成形技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的一種精密塑性成形技術(shù)，其是一種高效、精密、少無切削的先進(jìn)制造技術(shù)，具有成形效率高、節(jié)能、節(jié)材和零件成形性能好等特點(diǎn)。精密成形的研究水平和應(yīng)用程度是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。

2、齒輪冷擠壓成形與傳統(tǒng)的加工方法相比，具有以下特點(diǎn)： 
　?。?）改善齒輪材料內(nèi)部組織，提高了產(chǎn)品力學(xué)性能。擠壓變形后，金屬材料的晶粒組織更加致密，金屬流線不被切斷，纖維組織沿齒廓均勻分布，齒輪彎曲強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度及耐沖擊性明顯提高；
　　（2）由于冷擠壓前材料經(jīng)過球化退火處理，內(nèi)部金相呈彌散化均勻分布，消除了影響最終熱處理的不利因素，減少了熱處理時的齒廓變形，提高了齒輪嚙合時的平穩(wěn)性及齒面的耐磨性，增強(qiáng)了齒輪的使用壽命。
　　（3）齒輪的基體材料一般為低碳合金結(jié)構(gòu)感，冷擠壓成形齒輪時會存才加工硬化，導(dǎo)致基體材料的硬度增加，使冷擠壓齒輪的強(qiáng)度大為提高。
　　（4）生產(chǎn)效率和材料利用率高。傳統(tǒng)的切削加工，材料利用率僅為30%~60%，浪費(fèi)了大量的優(yōu)質(zhì)齒輪鋼材。而齒輪冷擠壓成形材料利用率可達(dá)80％~90%。而且省去了大量切削加工工時，提高了勞動生產(chǎn)率。
　　（5）降低污染，有利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。齒輪冷擠壓成形噪音低，能耗少；成形件組織性能高，某些情況下可以免去后續(xù)熱處理。這些對環(huán)境的影響與傳統(tǒng)的切削加工相比都得到了極大的降低。
精密塑性成形是清潔制造的發(fā)展方向。清潔生產(chǎn)技術(shù)是協(xié)調(diào)工業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間矛盾的一種新型生產(chǎn)方式，是本世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的重要要求和特征。清潔型的精密塑性成形技術(shù)將在本世紀(jì)得到大力發(fā)展。冷擠壓成形與機(jī)械切削加工的齒輪相比，冷擠壓齒輪制造場地干凈，無鐵屑和油污，減少了污染，保護(hù)了環(huán)境，亦稱綠色制造。

3、冷擠壓與切削加工微觀組織對比
　　為了對比冷擠壓和切削加工方式對齒輪內(nèi)部組織和性能的影響，本公司對某行星輪在冷擠壓和切削加工下的晶粒形態(tài)和金屬流線進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果如下：

①晶粒形態(tài)對比

　　金相組織對金屬的性能影響很大，本公司對冷擠壓和傳統(tǒng)切削加工齒輪進(jìn)行了腐蝕處理，顯示晶粒形態(tài)如上圖所示。冷擠壓產(chǎn)品的內(nèi)部晶粒在變形過程被壓縮、細(xì)化，沿變形方向被拉長，呈纖維狀，組織結(jié)構(gòu)更加致密，且整個纖維組織渾然一體，沒有任何尖銳的間斷痕跡，這進(jìn)一步提高了冷擠壓齒輪的機(jī)械性能。
　　坯料經(jīng)過冷擠壓后，齒輪齒根部晶粒沿齒廓邊緣呈流線型分布，且晶粒明顯細(xì)化，特別是邊緣變形較大處比心部晶粒細(xì)化作用強(qiáng)，這將有效地提高齒輪齒根的彎曲強(qiáng)度及齒面的耐磨性。
　　通過對比還可發(fā)現(xiàn)：冷擠壓齒輪相比于滾剃齒輪，由于其預(yù)先經(jīng)過了球化退火處理，其基體組織明顯更加細(xì)致更加均勻，這為后續(xù)的最終熱處理做好了準(zhǔn)備，減小了熱處理變形及熱處理開裂的風(fēng)險，同時也使淬火后組織比較細(xì)密，這大大增強(qiáng)了齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度及齒面的抗疲勞強(qiáng)度，也提高的齒面的抗點(diǎn)蝕能力，
　　表層組織越細(xì)密，越不容易發(fā)生破碎、剝落，這將大大提高齒輪的使用壽命。

②金屬流線對比

　　齒輪切削加工成形，在切削過程中會破壞金屬的流線，在金屬基體組織上產(chǎn)生了一系列的斷層，因而齒輪的強(qiáng)度會有所降低，這種缺陷是切削工藝無法避免的。
　　而齒輪冷擠壓成形是在常溫下，經(jīng)強(qiáng)大的壓力作用將金屬基體冷擠壓為齒輪。這種方法使金屬基體只發(fā)生流動變形，金屬流線是連續(xù)、完整的，壓應(yīng)力塑性變形使組織變得更加緊密，提高了金屬力學(xué)性能。齒輪的彎曲強(qiáng)度主要取決于齒根的強(qiáng)度，齒根部位金屬流線的完整性和致密性最為突出和明顯，這從根本上保證了零件的力學(xué)性能與使用壽命。

4、展望
　　我司將通過持續(xù)不斷的工藝創(chuàng)新來推動冷擠壓技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展，力爭向國際先進(jìn)水平邁進(jìn)，從而進(jìn)一步響應(yīng)國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》的號召（“實(shí)施工業(yè)強(qiáng)基主要是為了解決基礎(chǔ)零部件、基礎(chǔ)工業(yè)、基礎(chǔ)材料落后問題”“實(shí)施綠色制造工程則是要努力解決我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的環(huán)境和資源的制約問題”）。