锻造和机加工制造工艺对齿轮齿形特性影响的机理分析
在这种情况下，不需要进行后续的切割和加工来重塑牙齿。 随后解决了切割工艺材料浪费严重的问题。 同样值得注意的是，同样解决了齿形误差大和生产效率低的问题。 最重要的是，显着降低了高昂的加工成本。
本案例中，我们将以P档为例，探讨不同工艺对其性能的影响。
P齿轮具有内花键和外齿两种齿轮特性：
(1)差速器壳或输出轴上的内外花键采用齿侧过盈配合。 因此，组装方法是压配合。
(2) 外齿与棘爪相互作用，实现驻车效果，如图所示。
棘爪和齿圈与渐开线齿面或平面相配合。 使用有限元分析软件进行稳态力分析。 在这种情况下，边界条件加载为：
(1) 内花键单边齿面固定
(2)外驻车齿选择分度圆上的一条直线作为加载位置，同时加上梯度力矩。
经过仿真计算得出，该零件在使用过程中，应力集中区域为齿根部R角。 值得注意的是，应注意此处的屈服断裂。
在产品开发过程中，需要进行耐久性试验，甚至怠速停车试验，以确保产品的性能满足设计要求。 验证实际使用情况以及静态扭转测试被认为很重要。 需要与不同的客户进行充分的沟通，以获取测试现场的基本信息。 在此过程中，分析了一些影响结果的具体因素，以获得锻造和机加工不同工艺下产品性能的差异。
单齿的不同侧面在使用P-stop齿轮的过程中被拉伸和压缩。 在这种情况下，钢被视为弹塑性材料。 达到弹性应变极限后，破坏就会发生。 图为流动振幅钢和非流动振幅钢的应力-应变曲线和屈服点。
初步确定P档静扭试验的差异是受不同工艺影响所致。 这些工艺主要体现在锻造后组织与原材料组织的差异。
以下是我们生产P齿轮的工艺路线：
（1）温锻： 卸货 环 空气冷却。
(2) 冷锻外齿： 等温球形退火 空白 爆破 表面处理 冷精锻外齿。
(3) 冷锻内花键： 去应力退火 空白 爆破 表面处理 冷精锻内花键。
(4)后续处理： 加工 热处理 成品检验 清洗并包装入库。
值得注意的是，锻造后渗碳和淬火的原材料组织会影响零件的使用。
为了获得更好的塑性，在球化过程中，我们加强了过程控制，获得了均匀细粒的珠光体。 但在此之前，锻造工艺的质量会对等温球化退火产生较大影响。 因此，就等温球化退火前的工艺参数控制而言，需要有更严格控制、准确可行的工艺方法。
锻造对材料性能的影响取决于整个过程的实现。 锻造时，金属以定向方式流动，从而形成纤维。 随着锻造比的增加，沿纤维方向（径向）的塑性和韧性指标均有所提高。 另一方面，垂直纤维方向(轴向)的机械性能指数降低。
图为使用有限元分析软件DEFORM进行的纤维流线分析结果。 停车齿流线总数为15条（发生湍流3条，12条平滑流线占80%）。 内花键处的金属流线没有湍流。
图为量产P-stop档产品的纤维流线型块试验测试结果。
对比表明，有限元分析的结果与实际结果是一致的。 流线状态完整且分布均匀。 下面的拉伸试验是在不同的金属纤维流线方向上进行的。 重要的是要考虑原材料和原始组织标本的力学性能，以验证它们在使用过程中可以发挥的作用。
不同锻造比的锻坯和原材料沿同一方向取样。 随后与试验进行对比，验证不同锻造比对力学性能的影响。 从不同方向取样，然后进行对比试验，验证不同锻造方向对力学性能的影响。
图为不同锻件在不同方向抗拉强度的变化。 从图中可以看出：
(1)钢坯的纵向抗拉强度优于横向。 此外，棒料的轧制方向应为横向；
(2)不同锻造比锻造后，同一锻件的横向抗拉强度优于纵向抗拉强度。 这适用于锻造比 K = 4 (B4) 的情况。 锻件的纵向和横向抗拉强度相差很小。 即锻造比达到一定值时。 不同方向强度指标差异较小，锻件均匀性提高。
图为不同锻件在不同位置抗拉强度的变化。 从图中可以看出，不同锻造比锻件（B2、B3、B4）的抗拉强度水平和垂直方向不同。 距纵向中心线（对称轴）2r/3处的抗拉强度优于r/3处的抗拉强度。
通过试验数据对比，P齿轮的锻造方式为环坯等温球面退火后冷锻。 值得注意的是，锻造前面积为127mm2，锻造后面积为47mm2。 这是通过外部驻车齿计算的。 锻造比为2.7，理论计算其抗拉强度提高约1.15倍。
在加工齿形过程中，零件的金相组织的成分、分布和形貌受到所用原材料的限制。 然而，值得注意的是，通过正火可以相对改善工艺，但始终无法实现类似锻造的形态组织。
不仅如此，在热处理前的拉削过程中会存在切削残余应力，这在一定程度上会影响热处理的晶粒和其他组织性能。 从本质上讲，弱刚度回转体对于加工的残余应力反应尤为明显。
P齿轮的最小外齿尺寸（齿根圆）仅为133mm。 内花键尺寸（齿根圆）。 另一方面，为122mm，而单边壁厚为5.5mm。 相对于内孔的曲率半径为11，虽然不属于弱刚度回转体范畴。
但其壁厚仍会受到夹紧变形的影响。 本质上，在切削力载荷和切削热载荷的共同作用下，也会产生一定程度的加工变形和表面残余应力。 这是在切削加工时发生的，金属的轴向流动不同，有效长度以外（高度下降约0.5mm）的锻坯将通过车削去除。 即使在齿轮冷锻之前的毛坯制造过程中发生相同的夹紧变形，也会发生这种情况。
描述残余应力分布的关键特征值可以通过以下方式确定： 表面残余应力（SRS）， 一定深度的最大残余压应力（PRCS）， 最大压应力深度 (DPRCS)， 残余应力影响深度 (DRS)。
图为典型的机加工残余应力分布曲线。
在产品设计和制造过程中，为了了解零件的耐久性，必须进行耐久性试验。 这是基于设计优化。 P档的使用频率决定了哪个部位不太可能发生疲劳断裂。 但是，这里我们只讨论表面疲劳磨损。
在与棘爪的配合接触中，疲劳磨损相对容易产生——接触疲劳失效。
总之，锻造件的疲劳强度也会明显好于直接使用原材料加工的零件。
不考虑产品制造层面的外部因素。 我们只讨论不同的锻造和机加工工艺对齿件表面形状的影响。 此外，我们还讨论了不同表面形状对接触疲劳寿命的影响。
值得注意的是，加工后的锻造和热成型可用于生产P齿轮的齿面。 涉及的过程/阶段可能包括热预处理、热后处理、热预处理、热后处理。
图中显示了零件表面未处理后的热预处理热的两个不同位置。 组织后的热无异常，只是零件表面有较多的麻点和缝隙。 坑内有黑色物质，初步认为是氧化物。
加工后热前齿面切削热的微观状态图显示了不同位置的热后加工零件的两个表面。 组织后发热无异常。 零件表面有轻微的凹坑和缝隙。 在成功切割和剥离表面后，所述凹坑和间隙留在基体表面上。 在这种情况下，坑中没有氧化物。
图为零件表面未加工后锻造热的两个不同位置。 结构后发热无异常。 零件表面无凹坑、缺口。 表面比较光滑，没有异常。
总的来说，三种不同工艺对零件影响最大的因素之一是表面状态。 本质上，衡量表面状态的主要标准是表面粗糙度值。 但其在零件配合过程中的作用需要以摩擦系数为变量进行分析验证。
P齿轮的啮合接触面在实际啮合过程中受到摩擦。 在这种情况下，摩擦力的大小在润滑状态方面是不同的。 在摩擦系数分别为 0.1、0.3 和 0.5 的情况下，对啮合齿面进行数值分析。 这种情况发生在棘爪齿面压力一定，棘轮扭矩一定的情况下，根据三维瞬态动力学机构模型计算，
表概述了不同摩擦系数下齿轮接触应力分布的结果比较。
P齿轮和驻车齿系列产品在汽车变速器中具有极其重要的作用，在零件设计过程中。 除了考虑其功能外，考虑其安全特性也很重要。 基于齿轮的特殊零件形状，加工过程中的工艺设计和设备选择尤为重要。
本文对零件在使用过程中所受的载荷进行了研究。 分析测试结果。 从静态扭转试验和耐久性试验项目出发，研究屈服强度和接触疲劳强度对表面缺口裂纹源的影响。 此外，综合考虑折弯加工工艺原理对齿的屈服极限、接触疲劳强度、冲击强度的影响。
其中涉及的要素包括原材料的全息化细化试验、不同锻造比下的毛坯、不同方向取样的拉伸试验、弱刚度体夹持的切削变形试验。 同样，薄壁件在不同切削量下的热处理变形试验也是主要考虑的一部分。 需要考虑锻件和机加工件的微观表面形貌和不同表面粗糙度下接触应力的有限元分析。
(1) 在精确合适的锻造比下，生成和加密发生在停车齿的一侧。 新的加强也将加强沿纤维流线的弯曲强度。 改进是相对于原材料直接加工的零件而言的。
(2)残余切削应力会导致零件热处理变形不均匀和晶粒异常长大现象。 这类似于P齿轮在加工夹紧过程中受力变形产生的弱刚度。 这也可以称为在不适当的切削参数下进行加工。 所以，这对零件的精度和产品性能都有一定的影响。
