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国内外摩托车链轮精密塑性成形发展状况
 
发布时间:2013-08-17 21:39 作者:本站 来源:本站  点击次数:1384
 
 摩托车链轮精密成形技术源于20世纪50年代的联邦德国,当时由于缺乏足够的齿轮加工机床,德国人开始在摩擦压力机上用闭式热模锻的方法制造直齿圆锥齿轮。此后,苏联、美国、捷克、日本等国家出现了许多用于直齿圆锥齿轮生产的精锻方法,如热模锻法、轴向挤出法、径向锻造法、冷打法、摆碾法、粉末冶金法等。其中后四种方法均需要专门的设备,投资大,见效慢,导致应用少,发展慢;前两种方法由于对设备没有特殊的要求,普通的压力设备即可,且可借鉴原有锻造工艺,具有投资少见效快的特点,因此,得以较为广泛的应用,其产品的主要对象是卡车、拖拉机、农用机械等精度要求不高的伞齿轮,如民主德国、捷克、匈牙利、苏联等相继在摩擦压力机和热模锻压机上用半精锻方法生产具有粗切齿效果的伞齿轮;英国Birfield  Group,美国Eaton  Yale&Towne Inc.以及日本三菱金属和日锻阀门公司先后解决了生产伞齿轮并使之达到切削齿轮精度的技术问题,取得显著的经济效益。
    精密成形用于齿轮生产的初期,由于采用热成形所需的压力较小,金属容易流动,齿型成形容易,热成形法成为齿轮精密成形的主要特点,但由于加热温度高,受热缩影响大,成形精度低,生产率不高。随着汽车工业的迅速发展,对齿轮需求量迅速增大,质量要求越来越高,热成形的局限性日益显现。冷精密成形由于具有生产效率高、表面质量好、性能优异等特点,到20世纪80年代,得到各个汽车发达国家的重视,采用冷精锻工艺成形小模数齿轮的技术日趋成熟。在日本,利用径向挤压机理而发展的闭塞锻造技术及相应的设备得到迅速发展及广泛应用,成功地用于差速器伞齿轮、等速万向节星形套等高精度复杂齿形零部件的生产。
    齿轮精密塑性成形技术用于圆柱齿轮加工,由于金属材料的塑性流动方向与其受力方向垂直所以其齿形比锥齿轮更难形成。20世纪60年代日本和美国尝试在高速锤上成形直齿圆柱齿轮,并对模具设计、加工模具的电极修正、坯料形成和成形力能参数等进行了系统研究,利用高速度效应,使热挤直齿圆柱齿轮成为可能,但是由于齿轮锻件有横向飞边,特别是锻件精度低、模具寿命低,该项技术没有得到推广应用。
    由于齿轮采用精密塑性成形技术生产具有的诸多优点,且已成功用于伞齿轮的生产,并带来显著的经济效益,因此近年来国内外从事塑性成形的学者、技术人员致力于直齿圆柱齿轮精密成形技术的探索。在研究过程中具有重要影响的,如20世纪80年代中期日本名古屋大学的近藤一义先生,他首次提出利用分流原理,在齿轮非重要部位设置溢流口,以保证体积模锻过程中,在充填主要轮廓的同时始终有材料分流,避免闭式模锻终了时,由于自由表面锐减而造成工作载荷的陡增,甚至趋于理论上无穷大的弊端,从而使在相对较低的成形力下,冷精锻直齿圆柱齿轮成为可能。在1987年,又提出将常规闭式模锻与溢流轴(RA法)或溢流孔(RH法)法技术相结合,以工业纯铝为试验材料,对于棒料与环状坯料进行模数为1.0及2.25、齿数为22标准直齿圆柱齿轮精锻试验研究。1988年,英国学者C.Tuncer和T.A.Dean利用精锻空心件的凹模浮动原理,把厚壁管截成的环形坯管,锻成带有中心孔的直齿圆柱齿轮,齿面上留有0.6mm的切削加工余量,该方法适用于生产具有大中心孔的圆柱齿轮,但齿面仍需切削加工。
    再如,德国汉诺威大学的E.Doege和B.A.Behrens、伊朗Tarbiat Modarres大学的M.H.Sadeghi与英国伯明翰大学的T.A.Dean用凹模浮动模具对直齿轮和斜齿轮作了系统的研究,包括模具结构形式的选择,齿轮尺寸精度的影响因素,齿轮塑性成形力的预测及其与摩擦系数、齿轮模数、宽度制件的关系、脱模力与摩擦系数、成形力、成形温度、压力角、齿数之间的关系等。英国曼彻斯特大学科学技术学院的N.R.Chitkara和M.A.Bhutta及韩国釜山国立大学的J.C.Choi和Y.Choi等人分别对直齿圆柱齿轮的塑性成形作了数值模拟研究,用能量法和上限法作了理论分析,并用凹模浮动原理模具对此作了实验验证;1986年英国Birmingham大学的N.A.Abdul等用上限法进行了直齿圆柱齿轮精锻的分析计算,论述了齿根圆直径、齿数以及工件与型腔之间的摩擦对金属流动和锻造成形力的影响;1996年J.C.Choj等用上限法对实心圆柱坯料精锻直齿圆柱齿轮进行了较为精确的分析;N.R.Chitkara等用上限元法分析了镦锻直齿圆柱齿轮的变形规律,在此基础上用计算机模拟了增量锻造直齿圆柱齿轮时的变形力和应力应变规律。
    国内,太原理工大学的许树勤、池成忠等人,对齿轮的半精锻进行了研究,即在锻造时只锻出齿形的近似形状,齿形的最终形状靠机械切削来形成。该工艺和传统齿轮生产工艺相比,虽可节约原材料,但生产效率和传统工艺基本相同,且该工艺所需模具形状复杂、寿命低,故未用于实际生产。
    青岛理工大学的田福祥、林化春与青岛第二齿轮厂的孟凡利、孙锦章等人用“热精锻—冷推挤”的方法,进行了直齿圆柱齿轮的精密塑性成性研究。模具采用闭式结构,成形力大,因此只能采用热精锻(锻造温度1000℃)。而热精锻在加热前必须防氧化处理,锻造后需去氧化皮,辅助工序多、表面质量差,且由于采用闭式锻造,模具寿命低。
    中北大学研究的齿轮温冷复合成形直齿圆柱齿轮,由于采用局部成形的原理和推挤方式的模具结构以及温冷结合,既保证必要的成形,又由冷成形保证齿轮的精度,具有省力、易成形、精度可保证的优点,现已正式投资建厂。
    可以看出,世界各国对直齿圆柱齿轮塑性成形研究不少,但实际应用不多,只有日本、德国等少数国家,生产模数较小(小于1.75mm)、齿长短的直齿圆柱齿轮。
 
 
 
 
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