齒輪鍛造工藝設(shè)計說明書

1、齒輪鍛造工藝設(shè)計說明書姓名：xxx學(xué)號：xxxxxxxx班級：xxxxxxx日 期； xxxxxxx齒輪鍛造工藝設(shè)計說明書摘要：鍛造生產(chǎn)的目的是坯料成型、及控制其內(nèi)部組織 性能達(dá)到所需的幾何形狀，尺寸以及品質(zhì)的鍛件，鋼和大多 數(shù)非鐵金屬及合金具有不同程度的塑性，均可在冷態(tài)或熱態(tài) 下進(jìn)行塑性加工成型。齒輪的鍛造采用的是自由鍛工藝。本 文主要介紹的是齒輪的自由鍛工藝。自由鍛是利用壓力或沖 擊力是金屬在上下抵鐵之間產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需鍛 件形狀及尺寸的方法。確定自由鍛的工藝成為了自由鍛加工 的關(guān)鍵。本文著重介紹的就是齒輪的自由鍛的工藝流程。關(guān)鍵詞：自由鍛、齒輪加工、塑性變形、工藝流程。目錄1

2、.緒論 12 .總體設(shè)計方案 13 .具體的設(shè)計方法與步驟 33.1 繪制鍛件圖 33.2 確定變形工藝 33.2.1 徽粗 33.2.2 沖孔 43.2.3 擴孔 43.2.4 修整鍛件 43.3 計算坯料質(zhì)量和尺寸 43.4 選定設(shè)備及規(guī)范 54 .工藝流程（工藝卡） 65 .結(jié)論 76 .致謝 77 .參考文獻(xiàn) 8一、緒論鍛造的目的是使坯料成形及控制其內(nèi)部組織性能達(dá)到所需的幾何形狀， 尺寸 以及品質(zhì)的鍛件。鍛造的基本工藝有自由鍛、模鍛、板料沖壓等，其中自由鍛和 模鍛是熱塑性成型，而板料沖壓是冷塑性成形，兩者的基本原理相同。鍛造件占得比例說明了一個國家生產(chǎn)水平、生產(chǎn)率、材料利用率、生產(chǎn)成本

3、及產(chǎn)品品質(zhì)在國際競爭中的地位。 在新中國成立之前，鍛造基本上是手工作坊式 的延續(xù)，生產(chǎn)效率低，勞動強度大。然而在改革開放之后我國的鍛造工藝水平得 到了迅猛的發(fā)展，從而帶動了諸如汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展。 但我們還應(yīng)該清醒的 看到我們的鍛造工藝水平與歐美發(fā)達(dá)國家還有一定差距，這更加促使我們努力發(fā) 展新技術(shù)，趕超國際先進(jìn)水平。齒輪是現(xiàn)代工業(yè)大量使用的零件，本文就是討論齒輪的自由鍛生產(chǎn)。自由鍛 能進(jìn)行的工序很多，可分為基本工序、輔助工序、及精整工序三大類。它的基本 工序是使金屬產(chǎn)生一定程度的塑性變形以達(dá)到所需的形狀和尺寸的工藝過程， 如 鍛粗，拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)及錯移等工序。二、總體設(shè)計方案1

4、 .繪制鍛件圖根據(jù)零件圖的基本圖樣，結(jié)合自由鍛工藝特點考慮余塊、 鍛件余量和鍛造公 差等因素繪制而成。2 .計算坯料質(zhì)量及尺寸(1)坯料質(zhì)量的計算根據(jù)鍛件的形狀和尺寸，可先計算鍛件的質(zhì)量，再考慮加熱時的氧化損失， 沖孔時沖掉的芯料以及切頭的損失， 可先計算鍛件所用的坯料的質(zhì)量， 其計算公 式為m坯=m鍛+m燒+m頭+m芯(2)坯料尺寸確定皮料尺寸與所用第一個基本工序有關(guān)， 由于齒輪是餅塊類或空心類鍛件，用 鍛粗工序鍛造時，為了避免鍛彎，應(yīng)使坯料高度h不超過直徑D的2.5倍，即坯 料高徑比h/D不超過2.5。為了在截料時便于操作，毛坯高度h不僅應(yīng)小于2.5D, 即高徑比還應(yīng)大于1.25即1 .2

5、5 D < h < 2.5D圓料直徑D > 0.83/VT(dm )。3 .選擇鍛造工序齒輪的鍛造，根據(jù)其橫向尺寸大于或近于高度的特點一般以鍛粗為主，當(dāng)鍛件有凸肩時，可按凸肩尺寸選墊環(huán)鍛粗促或局部鍛粗。若鍛件孔需沖出還需采取沖孔。4 .選定鍛造設(shè)備選定鍛造設(shè)備的依據(jù)是鍛件材料、尺寸和質(zhì)量，同時還要適當(dāng)考慮車間現(xiàn)有 設(shè)備條件。若設(shè)備噸位太小，鍛件內(nèi)部鍛不透，生產(chǎn)率也低，反則造成設(shè)備和動 力的浪費，且操作不便也不安全，通常按經(jīng)驗類比法或查表法等確定。(1)經(jīng)驗類比法鍛錘噸位可按經(jīng)驗公式計算：鍛粗時鍛錘的噸位 G=(0.002-0.0003)KS(kg)(2)查表選定法對于低碳鋼、

6、中碳鋼和普通低合金鋼的自由鍛可查表選定噸位。5 .確定鍛造溫度及規(guī)范(1)確定鍛造溫度范圍各類合金鋼的鍛造溫度范圍可以從表中查出，基本的原則是確保鋼在鍛造溫度范圍內(nèi)具有良好的塑性和較低的變形抗力，能夠鍛造出優(yōu)質(zhì)鍛件，且較寬的鍛造溫度范圍和較少的加熱次數(shù)，以及較高的生產(chǎn)率。(2)確定加熱及冷卻范圍對于導(dǎo)熱性好，直徑小于150200mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼小件，采用一段加熱規(guī) 范，一般高溫裝爐，爐溫控制在 1300C1350CO當(dāng)坯料加熱至始鍛溫度后，立 即出爐鍛造。(3)確定冷卻方法及規(guī)范根據(jù)要求選擇空冷、坑冷或爐冷。中小型碳鋼和低合金鋼鍛后均采取冷卻速 度較快的空冷方法。碳素工具鋼、合金工具鋼及軸承鋼

7、，鍛后先空冷鼓風(fēng)或噴霧等快速冷到200C,然后把鍛件放入坑中或爐中緩冷。三、具體的設(shè)計方法與步驟1 .繪制零件圖該零件材料為40Cr,生產(chǎn)批量小，采取自由鍛鍛造齒輪坯。齒輪上的齒形，圓周小凹槽，凸肩以及 8X4 30mm通孔等部分，采用自由 鍛方法很難成形這些部位，因此考慮到技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)性，決定不與鍛出， 并采用附加余塊簡化鍛件外形，以利于鍛造。鍛造出齒輪坯后可以進(jìn)一步進(jìn)行切 削加工，最后成形。根據(jù)零件圖的尺寸規(guī)格，對照表所列中零件的高度和直徑范圍，可以查出齒輪鍛件加工余量和公差。D=289, h=52,查得的加工余量及公差為鍛件水平方向 a=10M,鍛件高度方向b=9i3,內(nèi)孔的雙邊

8、c=13石，然后按查得的公差數(shù)值， 便可繪出凸肩齒輪的鍛件圖。鍛件圖另行給出。2 .確定變形工藝凸肩形齒輪鍛件屬于空心零件，根據(jù)鍛件形狀尺寸，確定在鍛錘上進(jìn)行鍛造， 且主要變形工藝為鍛粗、沖孔、沖頭擴孔等工序，同時根據(jù)鍛件上的凸肩形狀確 定采用墊環(huán)輔助局部鍛粗成型。目前這類短劍一般采用局部鍛粗，而鍛擠成形則適于直徑和高度均較小的 凸肩鍛件。由于齒輪內(nèi)徑較大，因此確定采用沖頭擴孔，但考慮到?jīng)_孔擴孔時金 屬將會沿著徑向流動，并沿著凸肩高度方向產(chǎn)生拉縮現(xiàn)象， 因此墊環(huán)鍛粗后的外 徑尺寸應(yīng)比鍛件外徑小些，且凸肩高度應(yīng)比鍛件凸肩大些。鍛粗由于鍛件帶有單面凸肩，需采用墊環(huán)鍛粗，這里要確定墊環(huán)尺寸。墊環(huán)孔腔

9、體積V墊應(yīng)比鍛件凸肩體積V肩大10%15% （厚壁取小值，薄壁 取大值）,本例取12%,經(jīng)計算V肩=753253mm3。則V 墊=（1 + 12%）V 肩=1.12 >753253=843643 mm3考慮到?jīng)_孔是會產(chǎn)生拉縮，墊環(huán)高度H墊應(yīng)比凸肩增大15% 30% （厚壁取 小值，薄壁取大值）,本例取20%。H 墊=1.2H 肩=1.2 >34=40.8(mm)取 40mm。墊環(huán)內(nèi)徑d墊可根據(jù)體積不便求得，即VTd 墊=1.13 |% 164 mm H墊墊環(huán)內(nèi)壁應(yīng)有斜度7度，上端孔徑定為163mm,下端孔徑定為154mm。為 了除去氧化皮在墊環(huán)鍛粗之前應(yīng)進(jìn)行平砧鍛粗，工藝過程如圖。

10、平砧鍛粗后坯料的直徑應(yīng)略小于墊環(huán)內(nèi)徑，經(jīng)墊環(huán)鍛粗后上端法蘭部分直徑應(yīng)小于鍛件最大直 徑。沖孔沖孔應(yīng)使沖孔芯料損失小，同時擴孔次數(shù)不能太多，沖孔直徑d沖應(yīng)小于或等于D/3即d沖旬/3=213/3=71mm,實際選用d=60mm。擴孔總擴孔量為鍛件孔徑減去沖孔直徑，即(131-60)=71mm,一般每次擴孔量為 2530mm,分配各次擴孔量為 21mm、25mm、25mm。(4)修整鍛件按鍛件圖進(jìn)行修整。3 .計算坯料質(zhì)量和尺寸坯料質(zhì)量等于鍛件質(zhì)量加上芯料質(zhì)量和燒損質(zhì)量，鍛件質(zhì)量按公式計算為m 鍛=V 鍛k d4(32X0.27+2.1彳 X0.34+1.322X0.61) 7=17.8kg沖孔芯

11、料的質(zhì)量(取 d=60mm, H=65mm)為m 芯=(1.181.57)d2 XH=0.3kg坯料的煤氣爐加熱的燒損率 葬2%,考慮到該鍛件需要經(jīng)過23次擴孔，而 至少需要加熱2次，因此應(yīng)取單火燒損率的上限再加上適當(dāng)?shù)臒龘p值，即為 葬0.035,所以坯料的燒損質(zhì)量為m 燒=17.8>0.035kg=0.6kg所以坯料的質(zhì)量為m 坯=m 鍛+m 燒+m 頭+m 芯=18.7kg計算坯料的直徑時，由于采用鍛粗成形，可按下式計算：,m壞M8.7D =0.93:V壞= 0.93/ - = 0.93 dm = 1.2dm =120 mm一 "85查表可知標(biāo)準(zhǔn)熱軋圓鋼直徑，確定選取坯料直

12、徑D=120mm。坯料長度為2.38 106IJI1204mm =210 mm2從而確定坯料尺寸為 小120X210mm。4 .選定設(shè)備及規(guī)范該鍛件類型屬于圓環(huán)，D=289, H=52,查表可知應(yīng)選用5kN的自由鍛錘。40Cr屬于合金結(jié)構(gòu)鋼，查表可知始鍛溫度為1200c，終鍛溫度為800C。因為該鍛件是直徑為200350mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼中型件，采用煤氣爐三段式加熱規(guī)范， 裝料爐溫為1150c1200c，保溫時間約為總加熱時間(1h100min)的5%10%,這里保溫為15min,再以最大加熱速度加熱至1200c以后，再次保溫均熱約為15min后開始鍛造。冷卻方法：以為該鍛件是中小型低合金結(jié)構(gòu)鋼

13、，可以采取空冷的冷卻方式。下料鍛粗墊環(huán)局部鍛粗H 墊=40mm,d 墊=164mm四、工藝流程（工藝卡）鍛件名稱齒輪（鍛件圖另行給出）鍛件材料40Cr坯料質(zhì)量18.7kg坯料尺寸小 120 X210mm鍛造設(shè)備0.5t自由鍛錘火次操作工序工序簡圖備注坯料質(zhì)量與尺寸可由鍛件圖算出，為小 120>210mm五、結(jié)論采用以上工藝可以鍛造出齒輪坯，之后只要在進(jìn)行切削加工成形就能制造出 齒輪了。我想為什么不直接進(jìn)行切削加工而是先進(jìn)性鍛造呢？其原因一定是鍛造 不僅能使其初步成形而且更重要的是鍛造可以改善零件的力學(xué)性能，提高它的韌性與強度。所以關(guān)鍵部分的重要零部件都要先進(jìn)行鍛造然后切削成形。六、致謝通過這一次的熱加工課程設(shè)計，我深刻的領(lǐng)會到了熱加工在工業(yè)生產(chǎn)中的重 要地位。我做的是齒輪的鍛造工藝設(shè)計，對齒輪加工的各個過程進(jìn)行了全面深入 的討論，這讓我從中