齿轮锻造工艺设计说明书

1、齿轮锻造工艺设计说明书姓名：xxx学号：xxxxxxxx班级：xxxxxxx日 期； xxxxxxx齿轮锻造工艺设计说明书摘要：锻造生产的目的是坯料成型、及控制其内部组织 性能达到所需的几何形状，尺寸以及品质的锻件，钢和大多 数非铁金属及合金具有不同程度的塑性，均可在冷态或热态 下进行塑性加工成型。齿轮的锻造采用的是自由锻工艺。本 文主要介绍的是齿轮的自由锻工艺。自由锻是利用压力或冲 击力是金属在上下抵铁之间产生塑性变形，从而获得所需锻 件形状及尺寸的方法。确定自由锻的工艺成为了自由锻加工 的关键。本文着重介绍的就是齿轮的自由锻的工艺流程。关键词：自由锻、齿轮加工、塑性变形、工艺流程。目录1

2、.绪论 12 .总体设计方案 13 .具体的设计方法与步骤 33.1 绘制锻件图 33.2 确定变形工艺 33.2.1 徽粗 33.2.2 冲孔 43.2.3 扩孔 43.2.4 修整锻件 43.3 计算坯料质量和尺寸 43.4 选定设备及规范 54 .工艺流程（工艺卡） 65 .结论 76 .致谢 77 .参考文献 8一、绪论锻造的目的是使坯料成形及控制其内部组织性能达到所需的几何形状， 尺寸 以及品质的锻件。锻造的基本工艺有自由锻、模锻、板料冲压等，其中自由锻和 模锻是热塑性成型，而板料冲压是冷塑性成形，两者的基本原理相同。锻造件占得比例说明了一个国家生产水平、生产率、材料利用率、生产成本

3、及产品品质在国际竞争中的地位。 在新中国成立之前，锻造基本上是手工作坊式 的延续，生产效率低，劳动强度大。然而在改革开放之后我国的锻造工艺水平得 到了迅猛的发展，从而带动了诸如汽车工业的跨越式发展。 但我们还应该清醒的 看到我们的锻造工艺水平与欧美发达国家还有一定差距，这更加促使我们努力发 展新技术，赶超国际先进水平。齿轮是现代工业大量使用的零件，本文就是讨论齿轮的自由锻生产。自由锻 能进行的工序很多，可分为基本工序、辅助工序、及精整工序三大类。它的基本 工序是使金属产生一定程度的塑性变形以达到所需的形状和尺寸的工艺过程， 如 锻粗，拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转及错移等工序。二、总体设计方案1

4、 .绘制锻件图根据零件图的基本图样，结合自由锻工艺特点考虑余块、 锻件余量和锻造公 差等因素绘制而成。2 .计算坯料质量及尺寸(1)坯料质量的计算根据锻件的形状和尺寸，可先计算锻件的质量，再考虑加热时的氧化损失， 冲孔时冲掉的芯料以及切头的损失， 可先计算锻件所用的坯料的质量， 其计算公 式为m坯=m锻+m烧+m头+m芯(2)坯料尺寸确定皮料尺寸与所用第一个基本工序有关， 由于齿轮是饼块类或空心类锻件，用 锻粗工序锻造时，为了避免锻弯，应使坯料高度h不超过直径D的2.5倍，即坯 料高径比h/D不超过2.5。为了在截料时便于操作，毛坯高度h不仅应小于2.5D, 即高径比还应大于1.25即1 .2

5、5 D < h < 2.5D圆料直径D > 0.83/VT(dm )。3 .选择锻造工序齿轮的锻造，根据其横向尺寸大于或近于高度的特点一般以锻粗为主，当锻件有凸肩时，可按凸肩尺寸选垫环锻粗促或局部锻粗。若锻件孔需冲出还需采取冲孔。4 .选定锻造设备选定锻造设备的依据是锻件材料、尺寸和质量，同时还要适当考虑车间现有 设备条件。若设备吨位太小，锻件内部锻不透，生产率也低，反则造成设备和动 力的浪费，且操作不便也不安全，通常按经验类比法或查表法等确定。(1)经验类比法锻锤吨位可按经验公式计算：锻粗时锻锤的吨位 G=(0.002-0.0003)KS(kg)(2)查表选定法对于低碳钢、

6、中碳钢和普通低合金钢的自由锻可查表选定吨位。5 .确定锻造温度及规范(1)确定锻造温度范围各类合金钢的锻造温度范围可以从表中查出，基本的原则是确保钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，能够锻造出优质锻件，且较宽的锻造温度范围和较少的加热次数，以及较高的生产率。(2)确定加热及冷却范围对于导热性好，直径小于150200mm的碳素结构钢小件，采用一段加热规 范，一般高温装炉，炉温控制在 1300C1350CO当坯料加热至始锻温度后，立 即出炉锻造。(3)确定冷却方法及规范根据要求选择空冷、坑冷或炉冷。中小型碳钢和低合金钢锻后均采取冷却速 度较快的空冷方法。碳素工具钢、合金工具钢及轴承钢

7、，锻后先空冷鼓风或喷雾等快速冷到200C,然后把锻件放入坑中或炉中缓冷。三、具体的设计方法与步骤1 .绘制零件图该零件材料为40Cr,生产批量小，采取自由锻锻造齿轮坯。齿轮上的齿形，圆周小凹槽，凸肩以及 8X4 30mm通孔等部分，采用自由 锻方法很难成形这些部位，因此考虑到技术上的可行性和经济性，决定不与锻出， 并采用附加余块简化锻件外形，以利于锻造。锻造出齿轮坯后可以进一步进行切 削加工，最后成形。根据零件图的尺寸规格，对照表所列中零件的高度和直径范围，可以查出齿轮锻件加工余量和公差。D=289, h=52,查得的加工余量及公差为锻件水平方向 a=10M,锻件高度方向b=9i3,内孔的双边

8、c=13石，然后按查得的公差数值， 便可绘出凸肩齿轮的锻件图。锻件图另行给出。2 .确定变形工艺凸肩形齿轮锻件属于空心零件，根据锻件形状尺寸，确定在锻锤上进行锻造， 且主要变形工艺为锻粗、冲孔、冲头扩孔等工序，同时根据锻件上的凸肩形状确 定采用垫环辅助局部锻粗成型。目前这类短剑一般采用局部锻粗，而锻挤成形则适于直径和高度均较小的 凸肩锻件。由于齿轮内径较大，因此确定采用冲头扩孔，但考虑到冲孔扩孔时金 属将会沿着径向流动，并沿着凸肩高度方向产生拉缩现象， 因此垫环锻粗后的外 径尺寸应比锻件外径小些，且凸肩高度应比锻件凸肩大些。锻粗由于锻件带有单面凸肩，需采用垫环锻粗，这里要确定垫环尺寸。垫环孔腔

9、体积V垫应比锻件凸肩体积V肩大10%15% （厚壁取小值，薄壁 取大值）,本例取12%,经计算V肩=753253mm3。则V 垫=（1 + 12%）V 肩=1.12 >753253=843643 mm3考虑到冲孔是会产生拉缩，垫环高度H垫应比凸肩增大15% 30% （厚壁取 小值，薄壁取大值）,本例取20%。H 垫=1.2H 肩=1.2 >34=40.8(mm)取 40mm。垫环内径d垫可根据体积不便求得，即VTd 垫=1.13 |% 164 mm H垫垫环内壁应有斜度7度，上端孔径定为163mm,下端孔径定为154mm。为 了除去氧化皮在垫环锻粗之前应进行平砧锻粗，工艺过程如图。

10、平砧锻粗后坯料的直径应略小于垫环内径，经垫环锻粗后上端法兰部分直径应小于锻件最大直 径。冲孔冲孔应使冲孔芯料损失小，同时扩孔次数不能太多，冲孔直径d冲应小于或等于D/3即d冲旬/3=213/3=71mm,实际选用d=60mm。扩孔总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径，即(131-60)=71mm,一般每次扩孔量为 2530mm,分配各次扩孔量为 21mm、25mm、25mm。(4)修整锻件按锻件图进行修整。3 .计算坯料质量和尺寸坯料质量等于锻件质量加上芯料质量和烧损质量，锻件质量按公式计算为m 锻=V 锻k d4(32X0.27+2.1彳 X0.34+1.322X0.61) 7=17.8kg冲孔芯

11、料的质量(取 d=60mm, H=65mm)为m 芯=(1.181.57)d2 XH=0.3kg坯料的煤气炉加热的烧损率 葬2%,考虑到该锻件需要经过23次扩孔，而 至少需要加热2次，因此应取单火烧损率的上限再加上适当的烧损值，即为 葬0.035,所以坯料的烧损质量为m 烧=17.8>0.035kg=0.6kg所以坯料的质量为m 坯=m 锻+m 烧+m 头+m 芯=18.7kg计算坯料的直径时，由于采用锻粗成形，可按下式计算：,m坏M8.7D =0.93:V坏= 0.93/ - = 0.93 dm = 1.2dm =120 mm一 "85查表可知标准热轧圆钢直径，确定选取坯料直

12、径D=120mm。坯料长度为2.38 106IJI1204mm =210 mm2从而确定坯料尺寸为 小120X210mm。4 .选定设备及规范该锻件类型属于圆环，D=289, H=52,查表可知应选用5kN的自由锻锤。40Cr属于合金结构钢，查表可知始锻温度为1200c，终锻温度为800C。因为该锻件是直径为200350mm的碳素结构钢中型件，采用煤气炉三段式加热规范， 装料炉温为1150c1200c，保温时间约为总加热时间(1h100min)的5%10%,这里保温为15min,再以最大加热速度加热至1200c以后，再次保温均热约为15min后开始锻造。冷却方法：以为该锻件是中小型低合金结构钢

13、，可以采取空冷的冷却方式。下料锻粗垫环局部锻粗H 垫=40mm,d 垫=164mm四、工艺流程（工艺卡）锻件名称齿轮（锻件图另行给出）锻件材料40Cr坯料质量18.7kg坯料尺寸小 120 X210mm锻造设备0.5t自由锻锤火次操作工序工序简图备注坯料质量与尺寸可由锻件图算出，为小 120>210mm五、结论采用以上工艺可以锻造出齿轮坯，之后只要在进行切削加工成形就能制造出 齿轮了。我想为什么不直接进行切削加工而是先进性锻造呢？其原因一定是锻造 不仅能使其初步成形而且更重要的是锻造可以改善零件的力学性能，提高它的韧性与强度。所以关键部分的重要零部件都要先进行锻造然后切削成形。六、致谢通过这一次的热加工课程设计，我深刻的领会到了热加工在工业生产中的重 要地位。我做的是齿轮的锻造工艺设计，对齿轮加工的各个过程进行了全面深入 的讨论，这让我从中