直齿锥齿轮闭式精密模锻加工技术

直齿锥齿轮包括汽车、拖拉机和柴油机等使用的高速机构中的行星齿轮和半轴齿轮，采用半闭式模锻与可分凹模闭式模锻主要是锻出齿形，使齿形部分达到零件的要求，其余部分仅留约1mm的加工余量。因此，采用半闭式模锻与可分凹模闭式模锻工艺生产，节材、节能、提高产品力学性能和生产效率，效果显著。因为各种直齿锥齿轮仅具体结构参数不同，但形状相似，材质基本相同，因此，模锻工艺和模具结构相同或相似，所以，下面仅将半闭式热锻与半闭式温锻、半闭式中温锻与半闭式低温精整、半闭式热精锻、闭式冷精锻、半闭式温锻与半闭式冷精整五种工艺分别举例。

1.例14 直齿锥齿轮半闭式热锻与半闭式温锻^［1，32］

图8-33所示东—20行星齿轮为农用柴油机和拖拉机用直齿圆锥齿轮零件图，其尺寸精度为8～9级，批量大，因此适于采用热精锻工艺生产。

图8-33 东—20行星齿轮零件图

（1）精密锻件图设计 根据上述精密锻件图的设计原则，在设计东—20行星齿轮的精密锻件图（见图8-34）时主要考虑以下几点：

1）分模面位置。把分模面安置在锻件最大直径处，能锻出全部齿形和顺利脱模。

2）加工余量。齿形和小端面不需机械加工，不留余量。背锥面是安装基准面，精锻时不能达到精度要求，预留1mm的加工余量。

3）冲孔连皮。当锻件中孔的直径小于25mm时，一般不锻出；当孔的直径大于25mm时，应锻出有斜度和连皮的孔。与圆锥齿轮精密模锻的相关研究表明，当锻出中间孔时，连皮的位置对齿形充满情况有影响，连皮至端面的距离约为0.6H时，齿形充满情况最好，其中H为不包括轮毂部分的锻件高度（见图8-35）。但在小端压出C1的倒角，以省去机械加工时的倒角工序。连皮的厚度h＝（0.2～0.3）d，但不小于6～8mm。

图8-34 东—20行星齿轮精密锻件图

表8-11 东—20行星齿轮的参数及技术条件

图8-35 冲孔连皮位置

（2）毛坯尺寸的选择 确定尺寸时，对于节锥角为28°～62°左右，水平方向与高度方向的最大轮廓尺寸相差不大的圆锥齿轮，例如差速器中的行星齿轮和半轴齿轮，毛坯直径按下式范围选取：

d_f＜d₀＜d_a

式中 d₀——毛坯直径；

d_f，da——锥齿轮小端的齿根圆直径及齿顶圆直径。同时，也应遵循镦粗规则，即毛坯高度h₀与直径d₀之比h₀／d₀≤2.5。

（3）毛坯表面缺陷的清除 毛坯表面质量对齿轮精锻件的质量有较大影响。备坯时，

需将原毛坯表层残留的氧化皮夹痕、裂纹等缺陷清除。对脱碳有严格限制的锻件，还应注意去除毛坯表面的脱碳层。

（4）精密模锻时的变形力和变形功在3000kN摩擦压力机上精密模锻东—20行星齿轮时，一次锻击即能良好成形。图8-36所示为东—20行星齿轮精锻变形力示波图。

按四个变形力计算公式和一个变形功计算公式进行了计算，计算结果与实测值的比较如表8-12所示。结果表明，对于东—20行星齿轮的精密模锻，这些计算公式都是适用的。

图8-36 东—20行星齿轮精锻变形力示波图

在摩擦压力机上精锻时，变形力F可按式（3-1）计算：

式中 α——系数。开式模锻时取α＝4；闭式模锻时取α＝5；不形成纵向毛刺的简单锻件的闭式模锻取α＝3；

F_n——锻件水平投影面积（mm²）；

V_n——锻件体积（mm³）；

R_m——终锻温度下锻件材料的抗拉强度（MPa）。

计算表8-12中的变形力和变形功时采用的数据：锻件材料为18CrMnTi钢，终锻温度为900℃，R_m＝9.7MPa，σ_a＝85MPa，ε_a≈1.791，c₁＝9，c₂＝4.0，飞边厚度为1mm。

表8-12 行星齿轮精锻变形力计算结果与实测值比较

对于齿轮的精密模锻，也可按经验数据选择摩擦压力机的吨位，如表8-13所示。

表8-13 摩擦压力机吨位的经验数据

（5）精锻模具设计和加工 图8-37所示为行星齿轮精锻模。一般来说，齿形模膛设置在上模有利于成形和提高模具寿命。但对东—20行星齿轮的精锻模来说，为了安放坯料方便和便于顶出锻件，凹模4安放在下模板1上，这对于清除齿形模膛中的氧化皮或润滑剂残渣、提高模具寿命是不利的。采用双层组合凹模，凹模4用预紧圈6加强。凹模压圈5仅起紧固凹模的作用。模锻后，由顶杆2把锻件从凹模中顶出。

图8-38所示为行星齿轮凹模，图8-39所示为行星齿轮上模。材料为3Cr2W8V或H13钢，热处理硬度为48～52HRC。

（6）精锻齿轮生产流程 精锻齿轮的生产流程如下：下料→车削外圆、除去表面缺陷层（切削余量为1～1.5mm）→高速带锯床锯切→加热→精密模锻→冷切边→酸洗（或喷砂）→加热→精压→冷切边→酸洗（或喷砂）→镗孔、车削锥球面→热处理→喷丸→磨内孔、磨削锥球面。

图8-37 行星齿轮精锻模

1—下模板 2—顶杆 3—凹模垫板 4—凹模 5—凹模压圈 6—预紧圈 7—上模板8—上模压圈 9—上模10—垫板

图8-38 行星齿轮凹模

图8-39 行星齿轮上模

在燃油环形转底式快速少氧化加热炉中或带保护气氛的中频感应加热炉中加热毛坯后进行精锻。把锻件加热至800～900℃，用高精度模具进行热体积精压，有利于保证零件精度和提高模具寿命。按照上述工艺流程所生产的东—20行星齿轮和半轴齿轮精密锻件如图8-40所示。

直齿锥齿轮也可采用图4-2所示的可分凹模实现其闭式热模锻和闭式温锻，因为柱形弹簧产生的合模力小，容易在锻件分模面的周围形成一圈厚度为0.5～1mm、宽度为2～4mm的小飞边，其实际情况与图8-42所示的模锻情况相当，因此也应属于半闭式模锻。

该方案的优点是工艺流程十分完善，分析与计算详细。由表8-14和表8-15的检查结果充分显示了精锻直齿锥齿轮的优点，它是我国早期进行齿轮精密模锻试验研究和应用的典型范例之一，为我国多家齿轮生产企业推广应用该项精锻技术起到了示范和参考作用。其不足之处是因为严格要求齿轮精度要达8级，因而热锻凹模寿命不超过2000件，温精整凹模寿命不超过1000件。因此，一些高等院校、科研单位和企业相结合，研究出短流程工艺、较高的模具寿命及精锻设备并建立机械化和自动化生产线，使直齿锥齿轮精锻技术迅速发展和成功推广应用。

图8-40 东—20行星齿轮和半轴齿轮精密锻件

表8-14 行星齿轮的精度检查结果（任意抽检5件）

表8-15 行星齿办的内部质量检查结果

2.例15 直齿锥齿轮半闭式中温锻与半闭式低温精整

青岛三星精锻齿轮有限公司同武汉新威奇科技有限期公司及华中科技大学合作，于2009～2010年间在国内首次建成3条重型汽车半轴齿轮和行星齿轮全自动化精密模锻生产线。第一条生产线由1台中频感应加热炉、1台J58K—1000型和1台J58K—630型数控电动螺旋压力机、1台160t冲床、1台机器人及2套自动润滑冷却装置组成，所生产的齿轮锻件质量为3～4kg；第二条生产线由1台中频感应加热炉、2台J58K—1000型数控电动螺旋压力机、1台200t冲床、1台机器人及2套自动润滑冷却装置组成，所生产的齿轮锻件质量为4～5kg；第三条生产线由1台中频感应加热炉、2台J58K—630型数控电动螺旋压力机、1台100t冲床、3台机器人及2套自动润滑冷却装置组成，所生产的齿轮锻件质量为2.5kg及以下产品。前两条生产线上中频加热→第一台数控电动螺旋压力机和第二台数控电动螺旋压力机均由1台机器人操作，第三条生产线上全部四台设备由3台机器人操作，因此其生产效率是前两条线的2.5～3倍。其中，第一条自动化生产线如图8-41所示。

图8-41 直齿锥齿轮自动化生产线

三条生产线的模锻工艺流程基本相同：高速带锯机下料→中频加热（≤850℃）→第一台电动螺旋压力机上半闭式中温锻→第二台压力机上半闭式低温（≤600℃）精整→切边。锻模结构与图8-37所示结构相近，锻前模具预热到250℃以上，压力机每锻1次，自动润滑冷却装置以喷雾的方式对上、下模自动进行润滑和冷却，确保模具升温不超过400℃。由第一条生产线所生产的半轴齿轮精密锻件如图8-42所示。

图8-42 由第一条生产线所生产的半轴齿轮精密锻件

直齿锥齿轮温锻自动化生产线同传统的以摩擦压力机为模锻设备和手工操作的开式热锻生产线比较，有以下优点：(www.xing528.com)

1）节能节材效果好。节约螺旋压力机驱动电能30％，节约坯料加热电能35％以上。以图8-42所示的半轴齿轮为例，该齿轮质量为3kg，坯料仅3.1kg，其材料利用率达到97％，其提高幅度超过15％。

2）齿轮锻件精度及内部质量的一致性好。因锻造速度及生产节拍、模具温度始终保持一致，工艺稳定性好，进而确保齿轮锻件的精度及内部质量严格一致。

3）模具寿命大大提高。采用高质量的水基石墨润滑剂，在压力机每次模锻之后，自动喷射装置以快速往复和旋转的方式对上、下模进行喷雾式润滑，模具的热量被润滑剂中的水分迅速蒸发、汽化而带走，在上、下模膛的表面留下一层薄而均匀的极细石墨颗粒，这样确保模具温度在400℃以下，且润滑效果好，采用相同的模具材料和热处理硬度，其模具寿命提高1倍以上。

4）生产场地干净，环保效果好。在每台螺旋压力机顶部的正反两侧都安装有强力抽风管道，最后汇集到一条主管道通到车间外，使每次润滑后产生的水剂石墨蒸汽基本被抽到室外，车间内空气干净，地面清洁。

5）生产成本比较。生产相同齿轮锻件的自动化生产线同老式生产线比较，所需中频加热炉、冲孔切边压力机及模具数量相同，所以这部分费用相同，不同的是数控电动螺旋压力机的价格约为同吨位摩擦压力机的2倍，另外，自动化生产线上增加了1～3台机器人。综合计算，自动化生产线设备的一次性投资约为老式生产线2.5倍；但自动化生产线上仅需1～2名操作工，而老式生产线平均需6～7名操作工；其操作工工资成本可减少80％，加上自动化生产线可节能65％、节材15％，模具寿命提高1倍以上。因此，在大批量生产的情况下，采用自动化生产线生产精锻齿轮的生产成本将大幅度降低。

3.例16 盘形锥盘齿轮半闭式热精锻

本例包括扁平状锥角大模数锥齿轮和具有大锥角薄辐板、高轮毂、厚轮缘引导齿轮两者的半闭式热模锻。锥齿轮与引导轮的基本参数如表8-16所示。

表8-16 锥齿轮与引导轮的基本参数

（1）直齿锥齿轮半闭式热模锻 直齿锥齿轮半闭式热模锻工艺过程是：被中频感应加热好的坯料镦粗至直径比下半凹模直径小1～3mm的圆饼毛坯，将镦粗好的毛坯置于图8-43所示的模具中半闭式模锻成形，然后在闭式单轴压力机上进行切边与冲孔。图8-44所示为半闭式精密模锻锥齿轮的典型结构。该模具上的关键零件是环形齿圈，模锻时由它直接压出轮齿齿形。对于行星齿轮和半轴齿轮的齿圈可用精密铸造法制造。利用这种结构的半闭式精密模锻，在16000kN、25000kN和40000kN的热模锻压力机上可以模锻出公称直径为79～229mm、具有直线形和曲线形的锥齿轮。

图8-43 导轮的小飞边模锻工艺过程

（2）引导齿轮半闭式热精锻 辐板厚度为7mm，轮毂高H＝25m的导轮的可分凹模模锻工艺为：坯料感应加热后，在镦粗台上镦粗至其直径比下半凹模直径小1～3mm的圆形毛坯，在有高2mm、宽2.5mm的环形分流腔的终锻模膛（见图8-44）中成形，在切边压力机上切去飞边，如图8-43所示。

坯料用一般精度的轧制棒料在剪切压力机上下料，尺寸ϕ52^＋0.40_－0.10mm×（84±1）mm、质量为（1.18±0.036）kg（开式模锻时的毛坯质量为1.35kg）。

图8-45所示为带液压压紧装置的可分凹模。如图所示，工作时由四个液压缸4将两半凹模1和2压紧，然后由凸模3施加作用力使毛坯变形。凸模行程s＝40mm。液压缸压紧凹模与凸模工作行程相配匹，保证给定的工艺特性P＝f（s）。在模锻结束阶段，液压缸的压紧力达到最大值1600kN。液压缸压紧力与凸模工作行程间的关系曲线如图8-46所示。

图8-44 半闭式精密模锻锥齿轮的典型结构

图8-45 带液压压紧装置的可分凹模

1—下半凹模 2—上半凹模 3—凸模 4—液压缸 5—上模板 6—镦粗台 7—下模板

图8-46 压紧力工作行程曲线

如图8-45所示，锻件与凸模的分模面选择在轮缘内侧（轮缘内半径R₁＝50mm），虽然在凸模与上半凹模之间存在0.5～0.6mm的径向间隙，但在整个锻件上无端部飞边，甚至当用体积最大的坯料（1.3kg）、毛坯温度800～1150℃的范围内变化，也没有出现端部飞边。

批量生产的实践表明：对于具有薄而高的轮缘的齿轮锻件，采用上述可分凹模闭式模锻，将凸模与可分凹模的分模面选择在轮缘的内侧，模锻时，变形金属内所产生的应力—应变状态能促使模膛完全充满，且多余金属流入分流腔而不致流入凸凹模模间隙。

4.例17 直齿锥齿轮闭式冷精锻的批量生产^［54-57］

（1）闭式冷精锻成形原理 如图8-47所示，首先将经过软化和表面处理的坯料放入下凹模（图8-47a），然后上凹模压下与下凹模合拢并通过压力P₁使其充分压紧，上凹模压下时可使坯料产生一定的变形，或坯料上端进入其料筒，接着上冲头对坯料施加作用力P₂使其变形充满封闭的凹模模膛（图8-47b）。模锻结束后，首先上冲头回程，然后上凹模回程，接着下冲头再次向上行程，将锻件从下凹模顶出，从而在一道变形工序中获得圆锥齿轮精密锻件。

图8-47 闭式模锻成形原理

a）初始状态 b）结束状态 c）分模面位置比较

（2）闭式冷精锻工艺特点

1）分模面的选择。对于圆锥齿轮闭式冷精锻，其分模面一般选择在齿形大端的齿顶所在的平面，如图8-47c所示。因为圆锥齿轮闭式冷精锻为整体闭式锻造成形，一般所能锻造的圆锥齿轮其轮廓尺寸范围为ϕ45～70mm，其轮齿的大端的模数m为4～6mm，若将分模面选择最大轮廓尺寸的位置（图8-47c中虚线），则齿形凹模其轮齿的大端齿尖部分必将高出分模面，冷精锻时，很容易将露出分模面的齿尖部分压塌甚至断裂。

2）变形工序的选择及预成形件的设计。圆锥齿轮闭式冷精锻的变形工序应根据变形程度和模具所能承受的单位压力来确定。对于行星齿轮和尺寸较小的半轴齿轮，通常只需一道变形工序即可。对于尺寸较大的半轴齿轮，尤其是带有杆部结构的圆锥大端外径比杆部直径大得较多时，若仍采用圆柱形坯料直接闭式模锻成形，则往往因变形程度过大而出现两个方面的问题：一是变形力急剧增大引起模具过早磨损甚至破裂；二是因坯料的高径比（因坯料直径按杆部直径选择）过大，导致闭式模锻时不能顺利充满模膛而得不到合格锻件。

因此，应增加一道预成形即预锻工序。半轴齿轮预锻件的设计方法是：在保证体积相等的条件下，杆长h与锻件杆长相等，外径d比锻件对应的杆径小0.2～0.3mm；孔径d₂、d₃比锻件对应的孔径小约1mm；锥角β与锻件的顶锥角相等，如图8-48所示。不难看出，这种预成形件在闭式终锻时，金属变形流动阻力小，可以顺利得到合格精密锻件。

图8-48 半轴齿轮预锻件

（3）闭式精锻成形变形过程 图8-49所示为直齿锥齿轮闭式精锻的变形过程。由图可以很直观地看出，在圆锥齿轮的闭式冷精锻过程中，坯料被不断地冲孔和镦粗，通过径向流动而填充齿形模膛。齿形模膛各部分都能顺利填充，齿顶圆角饱满，无塌角和缺陷。采用有限元模拟验证了这一过程。

（4）浮动凹模模具装置 图8-50所示为浮动凹模专用模具装置。该专用模具由专用液压模架和凸、凹模工作部分以及相关辅助零件所组成。通用液压模架由下冲头座1、下模板2、缸体4、环形活塞5、浮动凹模座7、缸盖8、导柱10、导套11、上凹模座13、上模板15及上、下限位块21、22所组成；凸、凹模工作部分包括下冲头6、下凹模18、下冲头6和上凹模17；相关辅助零件有垫板9、14、23和24，压圈19、20，弹簧3等。

图8-49 直锥齿轮闭式精锻的变形过程

图8-50 浮动凹模模具装置

1—下冲头座 2—下模板 3—弹簧 4—缸体 5—环形活塞 6—下冲头 7—浮动凹模座 8—缸盖 9、12、14、23、24—垫板 10—导柱 11—导套 13—上凹模座 15—上模板 16—上顶杆 17—上凹模 18—下凹模 19、20—压圈 21、22—限位块

闭式冷精锻时专用液模架的工作过程为：当模具与模架的上半部分处于上限位置时，将坯料置于圆锥齿轮下凹模18，开动压力机，滑块带动模具与模架的上半部分下行。首先上、下凹模17、18闭合，闭合的整体凹模一起向下移动，由浮动凹模座7通过环形活塞5对液压缸体4中的油液产生压力，其压力的大小由液压系统上的溢流阀调节，在活塞向下移动时液压缸中的压力油通过溢流阀排至油箱。同时，活塞也压缩圆柱形弹簧3。在整体凹模向下移动时，固定于下冲头座1上的下冲头6将坯料挤压锻造成形为圆锥齿轮。模锻结束后，模具和模架的上半部分随压力机滑块回程，浮动凹模座7连同环形活塞5在6个圆柱形弹簧3的作用下迅速向上移动而复位，其上限位置受缸盖8限制，在活塞迅速上升的同时，油箱的油液通过真空吸入和泵的压力迅速充满液压缸内的空腔。

该浮动凹模模具的优点是：将液压缸体同下底板设计成组合结构，同将液压缸设置为整体结构相比，可使凹模高度大大减小，不仅大大降低了模具的闭合高度，有利于延伸肘杆式精锻压力机的使用范围，而且大幅度缩短下冲头或下顶杆的长度，使下冲头或下顶杆的抗弯曲及抗镦粗能力大大提高；此外，因凹模座的外径明显增大，有效地提高了浮动凹模的导向精度和运动的平稳性。其不足之处是结构较为复杂。经过5年多的生产使用表明，该浮动凹模模具运行平稳，工作可靠，模具使用寿命明显提高。

（5）闭式冷精锻设备系统 该系统也可由肘杆式精锻压力机与浮动凹模模具装置所组成，其区别是这种设备系统的生产节拍较液压设备更快一些，但价格也高一些。

（6）生产应用情况及效果 2005年，华中科技大学与湖北东风汽车精工齿轮厂合作，采用YK34J—800型数控精锻液压机与浮动凹模模具装置构成的闭式冷精锻设备及配套设备建成我国首条自主知识产权闭式冷精锻生产线，实现外径ϕ40～73mm的行星齿轮和半轴齿轮精密模锻件的规模生产，其锻件如图8-51所示。该厂于2008年又与华中科技大学合作建立了以YK34J—1000型数控精锻液压机为主机的闭式冷精锻生产线，生产直径更大的直齿锥齿轮。在所研发的技术中，在直齿锥齿轮修形和专用液压模架方面获3项国家发明专利。

图8-51 精锻直锻齿轮

2004年以来，华中科技大学与江苏太平洋精锻科技股份有限公司（原江苏太平洋精密锻造有限公司）合作，对该公司于20世纪90年代中引进日本的直齿锥齿轮闭塞冷精锻技术、模具及肘杆式机械压力机等进行消化、吸收，尤其针对在使用中暴露出的问题进行改进和完善，在为实现修形齿轮的齿形凹模CAD／CAM技术，闭塞冷锻中分流腔的设计准则，闭塞冷精锻浮动模架、非均匀过盈冷精锻型腔凹模组合结构的优化设计方法以及采用数控精锻液压机作为闭塞冷精锻设备等方面实现了技术上的再创新，在多种齿轮的闭塞冷精锻工艺、模架与凸、凹模设计与制造方面获国家发明专利8项，其中，双闭塞液压模架获国际发明专利（PCI／CN2009／071065）。所生产的部分轿车差速器精锻直齿锥齿轮如图8-52所示，成为上海通用、上海大众、一汽大众、东南汽车、天津夏利、重庆长安、江铃、福特、丰田、现代、比亚迪和奇瑞等的首选产品，也成为出口美国、欧洲和日本的主要齿轮产品。

图8-52 部分轿车差速器精锻直齿锥齿轮

5.例18 汽车直齿锥齿轮半闭式温锻与半闭式冷精整

对于直径为ϕ80mm以上的汽车直齿锥齿轮，若仍采用闭塞冷精锻工艺生产，会出现两个方面的问题：一是模锻成形力大，所需压力机吨位大；二是随着齿轮直径的增大，其型腔凹模预应力组合结构的效果越差，模锻时容易破裂，严重影响模具使用寿命。采用半闭式温锻预成形＋半闭式冷精整工艺可有效解决这两方面的问题。温锻可使金属的变形抗力大大降低，毛坯氧化、脱碳程度低，因而所需模锻设备吨位大大减小，模具的磨损较小，锻件力学性能较热锻件的好，但因热胀冷缩对尺寸精度的影响和氧化对表面质量的影响，因此，温锻只能用作直齿锥齿轮的预成形。冷精锻的优点是锻件尺寸精度高，表面粗糙度值小，但变形抗力大，所需设备吨位大；而冷精整因变形量小，则所需设备吨位较小，模具寿命高。将两种工艺相结合，则可获得两种工艺的综合优点。

汽车直齿锥齿轮半闭式温锻与半闭式冷精整的工艺流程为：下料→加热→模锻→正火（退火）→磷化＋皂化→冷精整→切飞边。坯料、温锻件与冷精整件如图8-53所示。坯料上的多余金属分流均设置在直齿锥齿轮的大端，即型腔最后充满的部位。

图8-53 坯料、温锻件与冷精整件

a）坯料 b）温锻件 c）冷精整件

该工艺也称为温冷联合精锻成形工艺，冷精整件的设计方法与上述精锻件的设计方法相同。该项工艺的几项关键技术及其解决方法如下：

（1）温锻件的设计 温锻件也称预锻件，它是以冷精整件即终锻件为基础进行设计的。由试验与生产经验表明，若按在冷精整件的齿面上预留一层很小的余量（如0.05～0.1mm）的方法来设计，则在冷精整时的精整变形就与平面压印极为相似，因极难产生变形，所以精整效果差，不仅尺寸精度难以达到要求，而且齿面粗糙度也难以明显降低。通过有限元模拟与试验发现，直齿锥齿轮冷精整也必须使用预锻件，尤其是齿形部分在有较明显的塑性变形的情况下才能得到与冷精锻相同或相近的效果。由此得到温锻件的两种设计方法：

1）在保持温锻件体积与冷精整件体积相同，并严格保证两者的相应轮齿体积相等的条件下，将温锻件的轮齿齿高减小而齿厚增宽、锻件高度适度增大而直径相应缩小，在上、下端中心冲出直径较小的盲孔。这样设计的温锻件在冷精整终成形时，其轮齿产生整体压挤即类似于反挤的方式流动，使轮齿厚度减小而高度增加，锻件沿高度方向产生一定量的镦粗而径向相应增大，上端中心盲孔深度减小而孔径增大，整体径向流动趋势明显，总的变形有利于轮齿的最终成形，如图8-53b、c所示。

2）同样在保持两者体积相同的条件下，将温锻件的轮齿厚度减小而高度相应增大，其他尺寸与冷精整基本相同。这样设计的温锻件在冷精整终成形时，其轮齿主要以镦粗的方式成形。这种设计方法相对较简单，但齿根过渡圆角半径大小的确定极为重要。若过渡圆角半径取得过小，在冷精整以镦粗方式终成形时容易在齿根产生内凹甚至产生折叠，合适的圆角半径可通过有限元模拟和工艺试验予以确定。

（2）模锻设备的选择 温锻设备既可选择热模锻压力机。也可选择数控电动螺旋压力机。这两种模锻设备刚性好，导向精度高，抗偏载能力强，可满足温锻时镦粗和温锻两个工步的要求。冷精整设备宜选择刚性好、导向精度高的框架机身结构的单动液压机。两种设备的吨位可从第2章中选择合适的理论公式或采用经验公式计算出单位成形力，然后根据锻件水平投影面积计算出设备吨位。

（3）温锻温度规范及锻后正火或退火处理的确定 对于以20CrMnTi为主要材料的直齿锥齿轮，其温锻的始锻温度一般为800℃，但近年来，在国内外出现了一种亚热锻工艺，其始锻温度提高到900～950℃。其始锻温度的确定与锻后的正火或退火处理的选择密切相关，当始锻温度为950℃甚至采用高于1000℃的热锻，则锻件可选择正火处理来降低锻件的硬度值；当始锻温度为800℃及以下时，锻件应选择退火处理来降低锻件的硬度。因为正火处理较退火处理成本低，且生产效率高，加上锻前有一道镦粗去氧化皮的工步，所以生产企业多选择正火处理工艺来降低锻件硬度。