一家专注流体压力成形技术
【作 者】周淑娟
齿轮轴是汽车传动装置中比较常见的零部件，其特征结构如图1所示，两端为长度不等的齿形结构，中间为一个大法兰及花齿形结构，其结构复杂、加工难度大，传统多使用锻造及铸造的加工方式。采用竖直锻造时，由于坯料高径比非常大，若采用一次成形，在前期墩粗过程中会出现失稳现象[1]，故需要经过多次锻造方能成形，工序繁琐、效率低下、锻件质量不易控制;采用轴向分模、卧式锻造时，法兰及齿部极易出现填充不满缺陷，同时，飞边槽设计不当，容易造成较大的成形力，使得模具寿命缩短;采用铸造时，容易出现气孔等缺陷，表面粗糙质量差、产品性能低下[2-3]、产品合格率较低。随着全球汽车行业的快速发展，对汽车各类零件的强度、精度、寿命等要求越来越苛刻，而企业在如此激烈的市场竞争下仍需控制成本，传统成形工艺难以满足，因此，提出采用小飞边模锻和闭塞式模锻成形工艺进行齿轮轴的生产。
本文根据工艺要求及齿轮轴的特征，设计了两种模锻成形工艺:小飞边模锻和闭塞式模锻成形工艺，并通过刚塑性有限元法，利用Deform 3D软件实现齿轮轴的虚拟成形，对比分析仿真结果，以期获得最合适的成形工艺。有限元法作为一种高效的辅助设计技术[10]，能够极大地减少工艺研发阶段的试模成本，并能够可靠地预测产品可能出现的缺陷、模具的载荷情况，针对性地弥补工艺的不足，从而保障零件的成形质量。
【结 语】
通过刚塑性有限元法，利用Deform 3D软件对齿轮轴的两种模锻成形工艺进行了数值模拟，首先，通过材料流动规律分析可知，两种工艺方案均能完成齿轮轴锻件的成形;其次，通过等效应力分布规律、成形力和合模力变化规律以及锻件成形质量分析可知，采用闭塞式模锻工艺获得的齿轮轴锻件质量更好，同时也更利于模具寿命的延长;最后，通过实际闭塞模锻试验获得了符合质量要求的齿轮轴锻件，并通过对比小飞边模锻工艺与闭塞式模锻工艺的产品，验证了闭塞式模锻工艺更优的结论，同时验证了模拟的准确性。
以下是正文：
