汽车变速器结合齿又称带离合器齿轮的斜齿传动齿轮，用于汽车变速器的传动、换档，使换挡传动产生不同种级差。传统的结合齿倒锥角采用插齿机切削加工来实现，这种方法生产效率低、产品精度差，而且齿根部易产生应力集中，金属流线被切断，强度降低。随着汽车节能减排要求，变速箱设计越来越小，零部件的功能集中、形状越来越复杂，作为世界性的潮流对齿轮精密锻造的关注与期待越来越高，尤其是在世界制造业战略性转型升级期间，人们认识到只有精锻齿轮才能更好满足重量轻、强度高、低成本制造的要求，也符合环保要求的绿色制造。

随着汽车工业技术的发展，结合齿已大批量采用精锻工艺生产，其产品精度高，使用性能好。精密锻造成形的结合齿需求量大幅增加，现有的手动锻造已经不能满足批量生产的量和质的要求，倒逼企业进行转型升级，通过自动化多工位生产工艺提升产能，保证产品批量生产的质量一致性。因此，研究多工位自动热精锻成形工艺对实现结合齿的多工位精密锻造成形批量生产有重大意义。

成形工艺分析

多工位自动热模锻压力机包括自动送料装置、快速换模装置、移动喷嘴装置、模具润滑装置等，多工位自动热模锻相对于传统的锻造，具有过程质量稳定、生产效率高、工件精度高、模具寿命高等优点。

结合齿多工位自动热精锻成形工艺相对于传统的手动锻造工艺，需要考虑各工位成形力的分布是否符合机床自身的偏载负荷曲线，模具的顶出高度是否符合夹爪的夹持位置，锻件顶出过程中出现的弹跳问题，以及各工位放入模腔时定位稳定等，这也为结合齿多工位自动化热精锻工艺设计增加了更多的难点，考虑不周，会造成自动化生产线无法正常生产。

图1 为某轿车变速箱结合齿精密模锻件示意图，该产品月需求量为10 万件。零件图结构相当复杂，有42 个均布的无需机械加工的倒锥形直齿(结合齿齿部)和3 个均布的定位凹槽，本文以此件为例阐述整体式结合齿的热精锻自动成形工艺。

成形工艺有限元模拟

根据零件图和热精锻工艺特点，以及后续各工序余量分布设计结合齿热精密锻件图，利用UG 建立该模型，如图2 所示。根据UG 分析功能计算出热精密锻件体积，按体积不变原则，确定坯料尺寸，同时在UG 中建立热精锻模具模型。

我司原有的结合齿坯锻造工艺为手动多工位锻造，各工位的成形压力分别为500kN、3000kN、12000kN，为了符合机床的偏载负荷曲线，手动锻造时将三工位最终成形放置在手动机床的中间工位。原工艺方案无法直接用于自动化生产，为了保证夹爪自动化夹持、搬运，同时还要符合机床的偏载负荷曲线，需要设计符合自动化生产的工艺方案。

根据成形工艺分析，为了合理分配各工位的成形压力，降低模具受力，提高模具寿命，制定了两种多工位锻造方案。第一种方案如图3 所示：一工位分配坯料体积；二工位预成形齿形；三工位最终成形。第二种方案如图4 所示：与方案一相同也设计为三工位，一工位镦粗的目的是去除中频感应加热过程中产生的氧化皮；二工位预锻镦粗的目的是分配坯料体积；三工位最终成形。

利用DEFORM-3D 模拟分析软件设置模拟所需参数，模具初始温度设为200℃，坯料初始温度设为1150℃。其他设置参数为：材料AISI-5120(锻件材质为20CrMnTiH)，坯料温度1150℃，模具预热温度200℃，摩擦系数0.3。

方案一最终模拟得到的主要变形过程如图5 所示。坯料分料后，放入二工位预成形模具，二工位初步成形出齿形，三工位最终成形出齿部及卡槽部位。图6 为成形过程中材料流动矢量图，其运动矢量分布均匀、合理。图7 为成形过程压力-行程曲线，预测到的成形载荷约9000kN。

方案二最终模拟得到的主要变形过程如图8 所示。坯料镦粗后，放入二工位模具，坯料继续镦粗，金属径向流动，逐步充填三工位齿部型腔，最终完全充满齿部倒锥部位及卡槽部位，图9 为成形过程中材料流动矢量图，其运动矢量分布均匀、合理。图10为模拟的成形过程压力-行程曲线，预测到的成形压力约11000kN。