某齿轮锻造工艺说明书解读

1、编号童凑建工丸辱课程设计说明书题目齿轮零件锻造工艺及模具设计二级学院材料科学与工程学院专业材料成形及控制工程班级113090102学生姓名 廖本洪指导教师 夏华时 间 19-20 周目录绪论21零件分析及工艺方案确定41.1 零件分析41.2 工艺方案的确定42锤上模锻件设计52.1 选择分模面 62.2 确定模锻件加工余量及公差 72.3 确定锻件模锻斜度 82.4 确定锻件圆角半径 82.5 确定锻件连皮 92.6 确定模锻件的技术要求 92.7 绘制锻件图及计算锻件基本数据 103锤用锻模设计103.1 设备吨位的确定103.2 选择飞边槽103.3 终锻模膛设计 113.4 锻粗台设计

2、 123.5 锁扣设计 124锤上模锻工艺设计214.1 选择制坯工步 124.2 确定坯料尺寸 125锻模结构设计136 切边冲孔复合模 167锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定 711.1 确定加热方式，及锻造温度范围 171.2 确定加热时间 181.3 确定冷却方式及规范 181.4 确定锻后热处理方式及要求 188 确定模具材料及热处理的要求 189 模锻工艺流程确定2110参考文献21第19页共21页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零件或零件毛坯 的方法。与其它加工方法相比，锻造加工生产率高；锻件的形状，尺寸稳定性好， 并具有最佳的综合力学性能。锻件的最大优势

3、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 艺超过。锻造生产根据使用工具和生产工艺的不同而分为自由锻、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 对铸锭或棒材进行锻粗，拔长，弯曲，冲孔，扩孔等方式生产零件毛坯。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；不过，模锻的制坯工步有时也采用自由锻。特种锻造：有些零件采用专用设备可以大幅度提高生产率， 锻件的各种要求 也可以得到很好的保证，特种锻造有一定的局限性，特种锻

4、造机械只能生产某一 类型的产品，因此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 小到我们生活中的日常用品，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，模具是生产各类产品的重要工艺装备， 它以其特定的

5、形 状通过一定的方式使原材料成形。 采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量 好、成本低、节省能源和原材料等一系列优点，在锻造、冲压、塑料模制品等行 业中得到了广泛应用，成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具工业 对国民经济和社会的发展，起着越来越重要的作用。模具工业的快速发展，不断对模具制造提出更高的要求。世界上一些发达国 家，模具制造技术发展非常迅速，模具制造的水平制约这模具设计的的发展， 同 时也制约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

6、火花等现代加工手段成为现实，基本上使模具设计脱离了模具 制造水平的制约，同时也模具设计提供了一个广阔的平台。1零件分析及工艺方案确定1.1零件分析锻件工艺分析包括技术和经济两个方面的内容。 在技术方面，根据锻件图纸， 主要分析该模锻件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合 锻造工艺的要求；在经济方面根据锻件的生产批量， 分析产品成本，做到在不影 响零件使用的前提下，用最简单最经济的方法生产出来。一、对锻件的形状精度分析本次设计工件是圆柱齿轮。外形复杂度一般，是由杆类件和弯曲件特征组成， 杆类特征部分和弯曲类特征部分成一定的角度，相对复杂的锻件外形就决定了比 较复杂的型腔，这对模

7、具制造和模具寿命还是造成了一定的不利影响。本锻件精度等级不是特别的高，属半精密级（用于普通锻件和半精锻工艺锻压），但由于锻件的外表面大部分区域锻造成形不需要进一步加工，相对来说要求也比较高。二、对锻件的经济性分析所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。 在锻造生产中，保证 产品质量，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 模具经济效果越大。降低制造成本的措施：1、降低模具费用，是降低成本的有效措施；2、工艺合理化可以降低模具费、节约加工工时、降低材料费用；3、多个工件同时加工成形，可使模具费、材料费和加工费降低；4、锻造过程的自动化及高速化，可以降低加工费用和提高

8、材料利用率；5、提高材料利用率，降低材料费。1.2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可以随意调节，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。优点如下：1、锻件精度较锤上模锻精度高；2、曲柄压力机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、曲柄压力机上模锻容易产生大毛边，金属充填上下模差异不大；4、曲柄压力机模锻具有静压力的特性，金属在模膛内流动较缓慢；二、螺旋

9、压力机上模锻螺旋压力机上模锻不能进行多型腔锻造， 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、工艺灵活，适应行好，可以生产各类形状复杂的锻件，如盘形件、轴类件等； 可单模膛模锻，也可以多模膛模锻；可单件模锻，还可以多件模锻或一料多件连 续模锻。2、锤头的行程，打击速度或打击能量均可调节，能实现轻重缓急不同的打击， 因而可以实现锻粗，拔长，滚挤，弯曲，卡压，成形，预锻和终锻等各类工步。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整，从而 提高锻制零件的使用寿

10、命。此齿轮零件采用第三种方案模锻即锤上模锻。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确定分模位置 和形状锻件的分模线形状分为：平直分模线、对称弯曲分模线、不对称弯曲分模线。良好的分模面应达到如下要求：1.保证锻件容易脱模，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。3.分模线应尽可能选用直线，使锻模加工简单。但对头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。4.圆饼类锻件的高度小于直径时，应取径向分模。5.应保证锻件有合理的金属流线分布。2确定锻件公差 和机械加工余 量各生产厂应根据所用锻造和加热设备的精度，模锻件的形

11、 状和材料，零件设计对锻件尺寸的要求和锻件订货、验收所涉 及的问题等，确定锻件的公差和加工余量。3确定 模锻斜度模壁斜度大模锻后锻件易于从模膛中取出，但模壁斜度越 大，所需的充模压力也越大。4确定锻件的圆 角半径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 的影响，过小的圆角半径，使金属流动受到很大的阻力而/、易 充满模膛，消耗较多的能量并造成模具相应部位严重磨坡，因 此在允许的情况下应将此类圆角半径加大。2.1 确定分模位置确定分模面位置最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同。使锻件容易从锻模模膛中取出，因此锻件的侧表面不得有内凹的形状， 并且使模膛的 宽度大而深度小。锻件分模

12、位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。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=0.213<1,因此取径向分模。 根据零件形状，分模面取为最大直径处的 1/2高度位置，分模面如下图。3 根据圆柱齿轮WW3袅件图的形状，采用从轮缘中部直线分模向2.2 确定公差和加工余量1、估算锻件质量。由表查出碳钢类密度为7.85g/cm3。计算锻件体积：Vd =兀空戛00辿120一您'70一34' k'2-d01 =1619962.25<2 )<2 )(12 )12”

13、mm3计算锻件质量：Gd =pVd % 12716.7g=12.72kg。外轮廓包容体积：230 ooVb = H (一)2 M70=2908329.399mm3。2外轮廓包容的质量：Gb 定 22830.39g = 22.83kg。由于零件材料为20Cr,即材质系数为M1。2、锻件复杂系数形状复杂系数S =Gd/GbS=12.72/22.83=0.55%根据计算的复杂系数S查下表，为R级复杂系数S2,零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IS10.63 1简单nS20.32 0.63mS30.16 0.32较复杂w

14、S4工 0.16复杂该零件的表面粗糙度为Ra=3.2 Nm,即加工精度为Fi级。根据材质系数M i ,形状复杂系数S,由锻造模具简明设计手册表5.18表5.19 查得公差。查的锤上模锻锻件长度公差为40：37 mm宽度公差为4.0：37 mm高度公差为 4.0-1237 mm错差公差为1.4,残留飞边公差为1.4,厚度公差为3.2 ,孔壁厚度公 差为2.8 。长度公差宽度公差高度公差错差公差为残留飞边公差为4.0-：374.0-12374.0-：371.41.42.3 模锻斜度零件图上的技术条件已注明外模斜度Q =5。，内模斜度6=7。2.4 圆角半径锻件上的圆角可使金属容易充满模膛， 起模方

15、便和延长模具使用寿命。圆角 半径太小会使锻模在热处理或使用中产生裂纹或压塌变形， 在锻件上也容易产生 折纹。同时为了加工方便同一锻件圆角的选取要与铳刀相配。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=22.5 锻件连皮模锻不能直接锻出透孔，因此，在设计热锻件图时必须在孔内保留一层连皮， 然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30mnW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：s = 0.45、d -0.25h -5 0.6、h(mm)式中d一锻件内孔直径(mm锻件内孔深度(mm故取连皮s=

16、7mms =0.45.60 -0.25 70-5 0.670 = 6.611mm因模锻成形过程中金属流动激烈，连皮上的圆角半径Ri应比内圆角半径 R大，可按照下式确定：Ri=R+0.1h+2 所以 R1 =2 + 0.lM70 + 2=11.mm连皮厚度s(mm)7连皮上圆角半径R1 (mmi112.6 技术条件(1)图上未标注的模锻斜度 7。；(2)图上未标注的圆角半径 R2;(3)允许的错移量 1.4mm；(4)允许的残留毛边量 1.4m成(5)允许的表面缺陷深度0.5mm；(6)锻件热处理：调质HB230-260;(7)锻件表面清理：为便于检查淬火裂纹，采用酸洗。根据余量和公差，绘制冷锻

17、件图。0招第冷锻件图2.7 计算锻件的主要参数求出锻件的基本数据如下：(1)锻件在平面上的投影面积为n (230/2)2 =41547.56 mm(2)锻件周边长度为n x230 =722.57mm ;(3)锻件体积为 1836260.395 mm3;锻件质量为12.72kg。3锤用锻模设计3.1设备公称压力的确定2根据确定锻锤吨位的经练公式G= (1-010053(1.10.75+0.005D2 D，查表I DJ极限强度为60Mp,有锻件图得 D=23cm。得出G=2200.709Kg=2.2T故选用3吨模锻锤。3.2 选择飞边梢为防止压力机“闷车”，在热模锻压力机上模锻时，上下锻模不能直接

18、接触， 没有承击面，预锻模槽和终锻模槽的上下间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，飞边还可容纳多余金属。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，飞边槽的尺寸按 照锻件在水平面上的投影面积 A=41547.56 mmi。3h=0.005 53.075mm, Af=233 mm查上表7-10,确定飞边槽尺寸:hh 1bb 1r齿轮锁扣B351232345故画出飞边槽结构图如下:3.3 终锻模膛设计终锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图，还有飞边槽类型及尺寸，终锻模 膛是各种模膛中最重要的模膛，用来完成锻件最终成型，终锻件图按热锻件图加

19、 工和检验，所以设计终端形槽须先设计热锻件图。 热锻简图是按照冷锻简图加收 缩率绘制。材料为20Cr,圆柱齿轮考虑收缩率为1.5%,模锻斜度和内外圆角的尺 寸按冷锻件图不变。绘制的热锻件图见下图。I.J热模锻件图3.4 锻粗台设计锻粗模膛有锻粗台和成形锻粗两种，锻粗圆形件采用锻粗台。墩粗有利于金属充满模膛提高锻件使用寿命，还可以避免或减少终锻时残剩的折叠等缺陷。3.5 锁扣设计 选用圆形锁扣，由锻锤吨位为t=3,查表7.29得h=35 b=45 6=020.4 =1-2 a =3° R1=3 R2=54热模锻压力机模锻工艺设计4.1确定制坯工步圆饼类模锻件的坯料坯料采用锻粗制坯， 目

20、的是避免终锻时产生折叠，兼有 除去氧化皮的作用。锻粗直径的确定需考虑锻件的形状，防止轮毂与轮缘间产生折叠，对常齿啮合轮锻件时应满足D1 +D2;D徽孙，即D2230 +160 mm = 195mm)d徽160mm 取D徽=180mm模锻工艺方案为：坯料一锻 2粗一终锻。4.2确定坯料尺寸圆柱齿轮锻件为圆饼类锻件，计算毛坯尺寸时，以锻粗变形为依据。1)坯料体积为：V坯=(1+k)(V锻 +V飞)；式中k-为富裕系数，它综合了模锻件复杂系数，飞边体积和火耗量的影响。对圆形模锻件，k=0.12 0.25 ,取2.5%;V锻一模锻件本体体积；_ 一 一. _3V坯=(1+0.15) X ( 18362

21、60.395+94431.405) =1978959.095mm2)坯料直径：d坯=1.13 1V坯/m ;m-毛坯高度与直径的比值，取2;d坯=1.13 3/V坯/m =112.6mm实际取d坯=115mm3)坯料高度H坏=当； 一 叼坯=190.525mm4 1978959.0951152H 坯=* ji考虑到下料误差取H坯=190mm坯料尺寸为弧15 M 190mm ,试锻后再根据实际生产情况适当调整。墩粗后高度 H1=4 19735509.23521802=77.55mm墩粗后坯料到各边的距离取 C=15mm C1=10mm C2=20imm:圆角R=8mm5锻模结构设计1)模膛布排

22、左前方为墩粗台，终锻模膛在模锻中中心位置。2）模块尺寸对于此圆柱齿轮锻件采用圆饼状模块。 承击面：根据锻锤吨位查表得，3吨锤的最小承击面为700cn2 ,承击面积为 模块在分模平面上的面积减去各型槽，毛边槽，锁扣和钳口所占面积抗压强度校核，一般要求q=F/A<ql;q是单位面积承受压力（MPa）;F是压力机吨位（N）;A是模块实际承压面积（mm2）；q是许用压力，取300MPaq=30000/12830V300Mp的合要求；模块宽度B>尾宽度B;由教材表4-34查得3t锻锤的最小闭合高度Hmin=400 mm最大闭合高度Hmax=650m| m模块最大质量Gmax上模块最大质量Gm

23、a环得超过锻锤吨位35%下模块质量 不限；模壁厚度 s=（1-2）h>40mm 取 s=45mm模块高度根据实际情况取终锻下模块h=240mm上模块h=240mm终锻模块直径233mm模块高度240mm检验角b=5mm h=2-5mm综上所述选择的模具尺寸长宽高为 410X 465X 4803）燕尾槽、键槽和起重孔等尺寸按标准选取，具体数据见表5-2表5-2锤锻模燕尾b/mmh/mmb1/mmd 义 S(mmx mm)30065.57530X604）导向装置锤上锻模/、用用导柱，导套进行导向，一般采用锁扣。表13-5 蒸汽-空气模锻锤的技术规格落卜部分质量/kg1000200030005

24、0001000016000最大打击能量/J2500005000075000125000250000400000锤头最大行程/mm120012001250130014001500最小闭合高度220260350400450500（不计燕尾）、mm导轨间距离/mm50060070075010001200锤头高度/mm450700800100012002000锤头前后方向长度/mm450700800100012002000模座前后方向长度/mm70090010001200140002110打击频率（次/min ）8070605040蒸绝对压力/Pa(68)x1(68)x1(79)x1(79)x1(79

25、)x1(79)x1汽050505050505允许温度/c200200200200200砧座质量/kg202504000051400112547235533325852总质量（不计砧座）/kg116001700026340437937573796235外形尺寸（前后父左2380x132960x163260x182090x374400x274500x25右父地面高度）807000000000/(mmmmmm)x5051x5418x6035x6560x7460x78946、冲孔切边模的设计6. 1工艺参数的确定1、间隙设计复合模间隙时考虑的因素和简单切边、冲孔模相同，期间细致在0.81、 5之间选取

26、。取切边间隙6 1=1.5mm冲孔间隙6 2=1mm冲头与顶件器问间隙6 3=3mm连皮与冲头之间的间隙取 512mm2、冲头相对行程S冲为保证冲孔质量，冲头相对行程S冲必须足够，对H/D<1的锻件，影视冲孔结束时冲头上平面齐平或高出 35mm3、顶出器行程S顶顶出器行程S顶的大小应保证锻件的自由取出，可根据下式确定S 顶=$冲+$3+ （1020） =25mm,S2=10mmS3为冲孔后顶出器与锻件之间的间隙，一般取为S3=10mm.6.2复合模高度计算要点及主要零件高度计算模具各部分尺寸具体确定如下：1、滑块在最低位置时凹模座至模板的距离 H1>S顶+10mm2、凹模根据锻件设

27、计，一般 H凹的高度取50mm外径较切边轮廓大8090mm, 取 320mm3、凹模座根据凹模及下模座设计和选取4、重头的高度H冲的大小应使冲头上平面较凹模上平面低一段距离S4保证切边时锻件考凹模定位，S4可按下公式选取S4=S2+S/2-h飞/2公式中 S2 在510中选取h飞一一飞边桥部高度5、凸模高度H凸，H凸=（H模+S冲）-（H3+H凹+H上）=440+0 -150-50-50=190mm公式中H复合模封闭高度H3一一下模座及凹模座高度H上一一上模座高度，取50mm6、拉杆自由长度L1 , 11=$滑6顶=315-25=290mm7、拉杆总长度 L, L=H模-H2- （2040）

28、=440-30-40=370, H2取 30mm8、顶出器高度H顶，H顶=H1顶-（H模+H4）, H模=30mmH1 顶=（H3+H凹+h 飞/2） - （S冲+S=150+50+1.5-0-10=191.5mmH 顶=191.5- （30+50） =111.5mm冲孔切边复合模具图7锻前加热锻后冷却及热处理要求的确定7.1 确定加热方式，及锻造温度范围在锻造生产中，金属坯料锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力， 即增加金属的可塑性，从而使金属易于流动成型，并使锻件获得良好的组织和力 学性能。金属坯料的加热方法，按所采用的加热源不同，可分为燃料加热和电加 热两大类。根据锻件的形状，材质

29、和体积，采用半连续炉加热。金属的锻造温度范围是指开始锻造温度（始锻温度）和金属锻造温度（终锻 温度）之间的一段温度区间。确定锻造温度的原则是，应能保证金属在锻造温度 范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力。 并能使制出的锻件获得所希望的组织 和性能。查有关资料确定锻件的始段锻温度为1200C,终锻温度为800Co7.2 确定加热时间加热时间是坯料装炉后从开始加热到出炉所需的时间，包括加热个阶段的升温时间和保温时间。在半连续炉中加热，加热时间可按下式计算：D =aD ;式中 D 一坯料直径或厚度(cmj);Ct 一钢化学成分影响系数，取0.13 (h/cm)则 t=1.3 X23=3min7.3 确定冷却方式及规范按照冷却速度的不同，锻件的冷却方法有3种：在空气中冷却，冷却速度快； 在灰沙中冷却，冷却速度较慢；在炉内冷却，冷却速度最慢。根据本锻件的形状 体积大小及锻造温度的影响，选择在空气中冷却。7.4 确定锻后热处理方式及要求锻件在机加