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齿轮锻造工艺说明书
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编号
课程设计说明书
题目齿轮部件锻造工艺及模具设计
二级学院资料科学与工程学院
专业资料成形及控制工程
班级
学生姓名廖本洪
指导教师夏华
时间19-20周
目录
绪论2
4
4
4
5
8
8
9
9
0
0
设备吨位的确定0
选择飞边槽0
1
2
2
2
2
2
3
616
7
7
8
8
8
齿轮锻造工艺说明书
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8确定模具资料及热办理的要求..................................................................................................18
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1
101
绪论
锻造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工机械部件或部件毛坯
的方法。与其余加工方法对照,锻造加工生产率高;锻件的形状,尺寸牢固性好,并拥有最正确的综合力学性能。锻件的最大优势是韧性高,纤维组织合理,件与件之间性能变化小;锻件的内部质量与加工历史有关,不会被任何一种金属加工工艺高出。
锻造生产依照使用工具和生产工艺的不相同而分为自由锻、模锻和特种锻
造。
自由锻造:一般是指借助简单工具,如锤,砧,型砧,摔子,冲子,垫铁等对铸锭或棒材进行镦粗,拔长,波折,冲孔,扩孔等方式生产部件毛坯。加工余量大,生产效率低;锻件力学性能和表面质量受生产操作工人的影响大,不易保证。这种锻造方法只适合单件及极小批量或大锻件的生产;但是,模锻的制坯工步有时也采用自由锻。
特种锻造:有些部件采用专用设备能够大幅度提高生产率,锻件的各种要求也能够获取很好的保证,特种锻造有必然的限制性,特种锻造机械只能生产某一种类的产品,所以适合于生产批量大的零部件。
模锻:模锻是指将坯料放入上下模块儿的模膛间,借助锻锤锤头,压力机滑块或液压机活动横梁向下的冲击或压力成形为锻件。锻模的上下模块分别紧
固在锤头和底座上。模锻件余量小,只需少量的机械加工(有的甚至不加工)。模锻生产效率高,内部组织均匀,件与件之间的性能变化小,形状和尺寸主要靠模具保证,受操作人员的影响小。
锻造应用范围广,几乎所有的运动的受力部件都由锻造成形,大到飞机轮船小到我们生活中的平常用品,锻造是现代工业的重要组成部分,同时也推动现代工业的不断向前发展。
在现代工业生产中,模具是生产各种产品的重要工艺装备,它以其特定的形状经过必然的方式使原资料成形。采用模具生产零部件,拥有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原资料等一系列优点,在锻造、冲压、塑料模制
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品等行业中获取了广泛应用,成为今世工业生产的重要手段和工艺发展方向。
模具工业对公民经济和社会的发展,起着越来越重要的作用。
模具工业的迅速发展,不断对模具制造提出更高的要求。世界上一些发达
国家,模具制造技术发展特别迅速,模具制造的水平限制这模具设计的的发
展,同时也限制这整个模具行业的发展。模具制造水平的高低,已经成为衡量
一个国家机械制造水平的重要标志之一。
时至现在,计算机水平的飞速发展,CAD、CAE已广泛应用在设计制造中,
这就使线切割,电火花等现代加工手段成为现实,基本上使模具设计走开了模
具制造水平的限制,同时也模具设计供应了一个广阔的平台。
部件解析及工艺方案确定
部件解析
锻件工艺解析包括技术和经济两个方面的内容。在技术方面,依照锻件图纸,主要解析该模锻件的形状特点、尺寸大小、精度要求和资料性能等因素可否吻合锻造工艺的要求;在经济方面依照锻件的生产批量,解析产品成本,做到在不影响部件使用的前提下,用最简单最经济的方法生产出来。
一、对锻件的形状精度解析
本次设计工件是圆柱齿轮。外形复杂度一般,是由杆类件和波折件特点组
成,杆类特点部分和波折类特点部分成必然的角度,相对复杂的锻件外形就决
定了比较复杂的型腔,这对模具制造和模具寿命还是造成了必然的不利影响。
本锻件精度等级不是特其余高,属半精美级(用于一般锻件和半精锻工艺锻
压),但由于锻件的表面面大部分地域锻造成形不需要进一步加工,相对来说要
求也比较高。
二、对锻件的经济性解析
所谓经济性,就是以最小的耗费获取最大的经济收效。在锻造生产中,保
证产质量量,完成产品数量、品种计划的前提下,产品的成本越低,说明你设
计的模具经济收效越大。
降低制造成本的措施:
1、降低模具花销,是降低成本的有效措施;
2、工艺合理化能够降低模具费、节约加工工时、降低资料花销;
3、多个工件同时加工成形,可使模具费、资料费和加工费降低;
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4、锻造过程的自动化及高速化,能够降低加工花销和提高资料利用率;
5、提高资料利用率,降低资料费。
工艺方案的确定
常用的模锻方式有:曲柄压力机上模锻、螺旋压力机上模锻、锤上模锻。
故在此有三中方案供选择:
一、曲柄压力机上模锻
曲柄压力机行程和压力不能够够随意调治,不易进行拔长、滚挤等制坯操
作;对于一些主要靠压入方式成形的锻件不得不采用多模膛模锻,增加了模具
和工序;造价比较昂贵,一次性投资大。优点以下:
1、锻件精度较锤上模锻精度高;
2、曲柄上模锻件内部变形深透而均匀,流线分布也均匀合理,保证了力学
性能均匀一致;
3、曲柄压力机上模锻简单产生大毛边,金属充填上下模差异不大;
4、曲柄压力机模锻拥有静压力的特点,金属在模膛内流动较缓慢;
二、螺旋压力机上模锻
螺旋压力机上模锻不能够进行多型腔锻造,需要时,需要进行单独制坯。效
率比较低,造价比较高。
三、锤上模锻
1、工艺灵便,适应行好,能够生产各种形状复杂的锻件,如盘形件、轴类件
等;可单模膛模锻,也能够多模膛模锻;可单件模锻,还可以够多件模锻或一料
多件连续模锻。
、锤头的行程,打击速度或打击能量均可调治,能实现轻重缓急不相同的打击,所以能够实现镦粗,拔长,滚挤,波折,卡压,成形,预锻和终锻等各种
工步。
3、锤上模锻是靠锤头多次冲击坯料使之成形,因锤头运动速度快,金属流动有
惯性,所以充填模膛能力强。
4、模锻件的纤维组织是按锻件轮廓分布的,机械加工后仍基本保持完满,从而
提高锻制部件的使用寿命。
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此齿轮部件采用第三种方案模锻即锤上模锻。
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2热模锻压力机模锻件设计
表4-1锻件图设计的步骤和原则
序号
步骤
原则
1
确定分模地址
锻件的分模线形状分为:平直分模线、对称波折分模线、不
和形状
对称波折分模线。优异的分模面应达到以下要求:
易脱模,一般应以最大投影面作为分模面。2.
分模面应易于检验
上下模膛的相对位移。
,使锻模加工
简单。但仇人部尺寸较大且上下不对称的锻件,则易取折线分
模,以保证成形充满。
,应取径
向分模。。
2
确定锻件公差
各生产厂应依照所用锻造和加热设备的精度,模锻件的形状
和机械加工余
和资料,部件设计对锻件尺寸的要求和锻件订货、查收所涉及的
量
问题等,确定锻件的公差和加工余量。
3
确定
模壁斜度大模锻后锻件易于从模膛中取出,但模壁斜度越
模锻斜度
大,所需的充模压力也越大。
4
确定锻件的圆
锻件外形和内腔轮廓拐角处的圆角半径对金属流动有很大的
角半径
影响,过小的圆角半径,使金属流动碰到很大的阻力而不易充满
模膛,耗费很多的能量并造成模具相应部位严重磨埙,所以在允
许的情况下应将此类圆角半径加大。
确定分模地址
确定分模面地址最基本的原则是保证锻件形状尽可能与部件形状相同。使锻件简单从锻模模膛中取出,所以锻件的侧表面不得有内凹的形状,而且使模膛的宽度大而深度小。锻件分模地址应选在拥有最大水平投影尺寸的地址上。应使飞边能切除干净,不至产生飞刺。对金属流线有要求的锻件,应保证锻件有最好的纤维分布。
圆柱齿轮为饼类件锻件,其高径比H/D=50/235=<1,所以取径向分模。依照部件形状,分模面取为最大直径处的1/2高度地址,分模面以以下图。
依照圆柱齿轮部件图的形状,采用从轮缘中部直线分模面
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确定公差和加工余量
1、估计锻件质量。
由表查出碳钢类密度为g/cm3。
计算锻件体积:
2
2
2
2
2
Vd=π230
50π100
20π60
7034π160
π100
=mm3计算锻件
2
2
2
2
2
质量:
Gd=pVd。
外轮廓包括体积:
Vb
(
230
2
70=
3
。
)
mm
2
外轮廓包括的质量:
Gb
。
由于部件资料为20Cr,即材质系数为M1。
2、锻件复杂系数
形状复杂系数SGd/Gb
S==。
依照计算的复杂系数S查下表,为Ⅱ级复杂系数S2,部件加工精度为一般加工精
度,锻件在煤气加热炉中加热。
表4-4
锻件形状复杂程度等级
级别
代号
形状复杂系数值
形状复杂程度
Ⅰ
S1
~1
简单
Ⅱ
S2
~
一般
Ⅲ
S3
~
较复杂
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ⅣS4≤复杂
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该部件的表面粗糙度为Ra=m,即加工精度为F1级。
依照材质系数M1,形状复杂系数S,由《锻造模具简短设计手册》表表查得公
差。
查的锤上模锻锻件长度公差为-,宽度公差为-12..37mm,高度公差为
-12..37mm,错差公差为,残留飞边公差为,厚度公差为,孔壁厚度公差为。
长度公差宽度公差高度公差错差公差为残留飞边公差为
模锻斜度
部件图上的技术条件已注明外模斜度ɑ=5°,内模斜度β=7°。
圆角半径
锻件上的圆角可使金属简单充满模膛,起模方便和延长模具使用寿命。圆角半径太小会使锻模在热办理或使用中产生裂纹或压塌变形,在锻件上也简单产生折纹。同时为了加工方便同一锻件圆角的采用要与铣刀相当。
为了使金属易于流动和充满模膛,提高锻件质量并延长锻模寿命,模锻件上的所有转接处都用圆弧连接。
由已知条件给出R=2
锻件连皮
模锻不能够直接锻出透孔,所以,在设计热锻件图时必定在孔内保留一层连
皮,尔后在切边压力机上冲除掉。一般情况下,当锻件内孔直径大于30mm时要考虑冲孔连皮。在这里采用平底连皮形式,其厚度s按下式确定:
式中d—锻件内孔直径(mm)
—锻件内孔深度(mm)
故取连皮s=7mm
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因模锻成形过程中金属流动激烈,连皮上的圆角半径R1应比内圆角半径R
大,可依照下式确定:
所以R1
连皮厚度s(mm)
7
连皮上圆角半径R1(mm)
11
技术条件
(1)图上未注明的模锻斜度
7o;
(2)图上未注明的圆角半径
R2;
(3)赞同的错移量;
(4
)赞同的残留毛边量;
(5
)赞同的表面弊端深度
;
(6
)锻件热办理:调质HB230—260;
(7
)锻件表面清理:为便于检查淬火裂纹
,采用酸洗。
依照余量和公差,绘制冷锻件图。
冷锻件图
计算锻件的主要参数
求出锻件的基本数据以下:
(1)
锻件在平面上的投影面积为
2
2
;
(230/2)
mm
(2)
;
(3)
3
;
(4)
。
锤用锻模设计
设备公称压力的确定
2
依照确定锻锤
吨位的经练公式
G=
2
D,查表
2
D
极限强度为60Mp,有锻件图得D=23cm。得出G==
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应采用3吨模锻锤。
选择飞边槽
为防范压力机“闷车”,在热模锻压力机上模锻时,上下锻模不能够直接接
触,没有承击面,预锻模槽和终锻模槽的上下缝隙即飞边桥部的厚度。飞边槽
增加金属流出模膛的阻力,迫使金属充满模膛,飞边还可容纳节余金属。锻造
时飞边起缓冲的作用,减弱上模对下模的打击,是模具不易压塌和开裂,飞边
槽的尺寸依照锻件在水平面上的投影面积
3
A=。
h=
3
,Af=233mm
A
查上表7-10,确定飞边槽尺寸:
h
h1
b
b1
r
齿轮锁扣B
3
5
12
32
3
45
故画出飞边槽结构图以下:
终锻模膛设计
终锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图,还有飞边槽种类及尺寸,终锻模
膛是各种模膛中最重要的模膛,用来完成锻件最后成型,终锻件图按热锻件图
加工和检验,所以设计终端形槽须先设计热锻件图。热锻简图是依照冷锻简图
加缩短率绘制。资料为20Cr,圆柱齿轮考虑缩短率为%,模锻斜度和内外圆角的
尺寸按冷锻件图不变。绘制的热锻件图见以下图。
热模锻件图
镦粗台设计
镦粗模膛有镦粗台和成形镦粗两种,镦粗圆形件采用镦粗台。墩粗有利于金属充满模膛提高锻件使用寿命,还可以够防范或减少终锻时残剩的折叠等弊端。
锁扣设计
采用圆形锁扣,由锻锤吨位为t=3,查表得
h=35b=45δ=△=1-2α=3°R1=3R2=5
热模锻压力机模锻工艺设计
确定制坯工步
圆饼类模锻件的坯料坯料采用镦粗制坯,目的是防范终锻时产生折叠,兼
有除掉氧化皮的作用。镦粗直径的确定需考虑锻件的形状,防范轮毂与轮缘间
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