苏芳：一种直齿圆柱齿轮精锻模具设计直齿圆柱齿轮精

一种直齿圆柱齿轮精锻模具设计苏芳(福建信息职业技术学院福州，350003)摘要：针对直齿圆柱齿轮冷成形难度大的问题，列举了一种可用于直齿圆柱齿轮的精密成型方案，通过模拟实验，从齿形的填充和所需变形力等方面进行了研究。本文设计了带浮动凹模的模具装置，提出了直齿圆柱齿轮精锻模结构。关键词：直齿圆柱齿轮；精密模锻；模具设计目前，精锻工艺在直齿圆柱齿轮制造方面的应用还存在不少困难，有关这方面的研究成果，尤其是在直齿圆柱齿轮精锻模具设计方面，报道还不多见。尽管精锻直齿圆柱齿轮能获得较好的齿面，但冷锻在模具结构、设备吨位等方面的要求很高。采用热精锻—冷推挤并用活动凹模代替传统的固定凹模，利用活动凹模的积极摩擦作用，可以保证齿腔角部填充饱满。本实验以哈尔滨东安发动机厂微型汽车上厚度为11.25mm的减速器齿轮为例，齿轮零件图如图1所示，通过工业纯铅模拟钢的锻造过程对组合式模具对实心坯料一步冲挤成形直齿圆柱齿轮的工艺方案进行研究。实验时，重点掌握该工艺的齿腔充满效果和完全充满齿腔所需的变形力，作为理论研究和生产性试验的依据，来揭示齿轮精锻时金属的流动规律特点，分析其力学性能曲线并通过观察锻件的流线分布来说明该方案的可行性。一、模拟实验装置由于实验材料为工业纯铅，其变形抗力不大，故凸模、凹模、下模块都选择45号钢。模具热处理：800℃～850℃，调质处理2～2.5小时，油冷500℃～550℃，回火处理6～6.5小时，空冷硬度HRC40～45。内齿凹模采用线切割机床加工。同时为了节省材料和加工工时，也便于装置的配合，将线切割凹模齿形的余料作为下模块使用。采用有一定刚度的弹性橡胶支承浮动凹模。由于模拟的齿形精度要求不高，凸模、凹模、下模块采用自身导向。凸模、凹模、模套采用机油润滑。利用图2所示组合试验装置，完成齿形精锻。图1齿轮零件图图2实验装置1.带内齿的凹模2.支承橡胶垫3.凸模4.下模块二、坯料的计算毛坯尺寸除应满足重量要求外，还要选择适当的直径，在体积相同的情况下，毛坯的高径比不同，金属充满型腔的效果也不同。对于直齿圆柱齿轮选取毛坯直径与齿根圆直径相近为宜，因此对于模拟锻件小齿轮，根据现有模具情况取毛坯直径为φ45.3mm，经计算实心毛坯高度为20mm。为了分析精锻齿轮的成形情况，实验采用带网格的铅料来成形以研究锻件的填充情况、流线分布等。实验用铅料分整体式、轴向分开式和横向分开式三种类型。用φ50mm的铅棒在车床加工完成四块坯料，线切割将一块坯料沿直径分成两半。为观察金属变形流动情况，在其中坯料的一个横断面和轴向分开式其中一半的切面上画3×3mm的正方形网格。如图3所示。陷请于汪道典术别干吓骨主期图3生雄实验拔用坯孙料遵三、朽设备促的选级择雾变形瓣力的油计算草：当骡锻件映一次赏打击现成形绣时，迟根据爹经验碎公式虚(1初)确掩定：喘智殖申绕西完刷嫌芒葬麦善锐蛛因p=坟(3禾5~夫55饺)k骆F夏总更(k脂N)认侮唱骑疫部尘毒肠且幸勒宝逐(1汁)让式中块k绒——勤材料泥系数躲。蓬F蛇总屡——竟锻件牌总投潜影面恰积袄系数灶（鹅35挨～5乏5衫）是敲综合竖考虑么材料寒变形伶抗力片、变耀形温炼度、自变形头速度陶、摩殖擦以陕及应寒力状默态等滴因素挨而削选取句的鹿，对弓于变宽形困刊难，吩要求度生产愈力高希的使应尸取上隔限。品所以屡有：术p=闲40与×续0.遣35鱼×功3.凡14钥×冠(7阶.5轰2/疾2)闷2酸=5帝43蛇kN逐所以励，绢实验翁中要劫用6佩00贴kN掉材料依试验杂机。迹四、职确定桌压入脱量筒压入邻量大沸小对固于采连用闭抄式模烛锻挤贤出的惑齿轮恒精度蛇有直手接影段响才。饿如果漠余量坝太小天，齿腐形填茅充不菜满；花如果奶余量圈太大歪则会喝增大辞胀模汁力，芬影响贯挤后异齿轮碎精度皇和模符具寿俱命。列所以珠应当联进行控计算科确定炭，才匆能满沾足齿适轮成遗形要撑求，览又密能闹避免贿精锻完模早初期磨茄损超队差失蚊效，驼以利泄于提赞高模匠具寿管命。累根据而模具荐型腔设及周车边结胞构尺擦寸，熟计算屠在该中套模须具上逃推剂拣量为余7.饲5m良m宵。搬五、务实验残结果柔及分筹析骄模拟回实验沫共进次行了径四组生，实峡验数冤据见输表1词所示往。俊表1袖骄实验诸结果炮序号贯坯料零类型膜压力宣（k梨N）仓行程办(m惯m)赔成形跟情况柏1鹅φ铃45斥.3出×新20增mm臣整体悄式调51赵2反7.姓5鲁齿顶汪未充福满；世下突供缘未夺充满匹；出掀现严玻重折从叠垦2拜φ赶45引.3注×拳20鲜mm饿轴向僵分开乌式饺45庭0悠7.并2旷齿顶汇未充谁满；兔下突挎缘未蒸充满始；出省现折声叠，属但较抖上一渔次轻棚微得3扩φ危45漠.3锋×难20蜘mm挖横向充分开态式寇50防7失7帆齿顶兔基本园充满膝；下帐突缘洪基本叛充满最；出眼现轻兔微折唐叠声4乱φ拜45据.3庙×筋20堵mm霉整体断式趋50垃0沃7.亚5普齿顶灰基本斥充满元；下译凸缘唤基本版充满办；出枣现轻俱微折猴叠休变形厚阶段坟性分笋析荣图4盟金烦属流悟线律图4弄为金赴属流纯线、用图5读为第阶三组堪模拟混实验践变形捡力与浴行程侮的关撤系曲钱线。休根据倦上述险实验蛮结果有，直析齿圆疤柱齿咐轮坯蜻料在轻挤压欺时金锁属的治流动裙大致迟可分半为三绘个阶冤段：悠Ⅰ裹.刚秒刚开已始挤年压时品，因伏坯料描与凹贞模内址径之业间有架微小阻的间鞠隙，之所以题金属算变形化相当俗于镦洋粗，墙不过饲该阶咬段变全形量曲相当好小，兽保持瓜时间凭相当党短越，浑如图惑5中斧A段必曲线妈所示谢。途Ⅱ艰.当触坯料泛继续价变形唉压入他量继顿续增混加时唤，曲型线随蹈压入恢量的肿增加便逐渐输缓步俭上升虾，坯踩料流啦入凹则模齿荣腔体粪积和热凸戏、蜂凹模辅凹腔粘体积娘不断孩增加陪，此过阶段公属于佣初步竭填充营齿形栋和填除充突柿缘阶苏段，旧该阶执段内江金属躲在型挨腔里似向凹谱模齿援腔流关动和龟凸凹犁模凹党腔型晒腔流监动湿，绘如图扩5到中B寒段曲倍线所湾示。伞妖Ⅲ求.当决压下茂量达停到一徐定值丸时，袄坯料珍压入元量非星常小责，而勾变形卵力却松急剧姨上升钢。这传是由莲于坯蛮料填闸充凹授模齿蔽腔的第齿顶句部分烤，此旦时上锄模凹术腔已萄基本允填满盘，下说模凹收腔正样处于文继续糖填充条至满侍阶段薯，此麻阶段丑属于亏填充僻的最玉后阶术段拾，致如图仰5赚中C点段曲屋线所埋示。搏直齿散圆柱缸齿轮缓精锻帅质量村分析拨Ⅰ音.充茶不满晕：随屡着加四工过镰程的庭进行谋，未袄充满剑部分材的自它由表鼠面积动不断餐减少权，减事缩比利不断弹提高糕，锻雪造载崖荷不被断提猫高。惜本实会验采征用完捧全闭洋式无堪非边箩锻造药形式最，锻叛造载乱荷极午大，男且材村料难吓以完驴全填笼充整降个型棕腔。抄这也狗是齿殿轮精悟锻的抹致命勿弊端欧，即蹄高载喇荷难哀充满国。称可通爪过我改变幸加工刊方法逃控制笋这一素现象土。分塔流锻剥造就甲是在逃锻件傻某一阿位置首设置峰溢流尊口（卵本实还验中霜相当江突缘西），挪使材线料填膊充型教腔过寻程中械始终挨有自战由流娘动的校余地舱，从手而提检高工霞件的翁自由庙表面牢积，光控制熔模锻摊减缩诵比的排提高黑，抑馋制加羞工力蕉的增键加。撞通过质增加窑锻件惭自由砖表面酒改变粘了锻盯造减题缩比柿，保跌证填婶充主盾要轮幕廓的青同时贤，非筹齿形直主要洞轮廓财位置泳始终险存在进分流犬层，繁以调某节和愧防止睛齿轮黄闭式肤模锻服最终咬阶段霉变形收力的型陡增椒现象历。实省验分蝶析表起明，聪分流底原理决的应啊用降押低了厌工作肢载荷检。图询6所使示为宅分流抄与未朴分流慎后的叶变形肤力比伤较。棋从曲坟线详可壳看出著分流病比未夺分流刊的变幼形力腾大大愈降低娇。但康齿形彩仍然平不能说完全宴填满传，要矩达到漫完美秆，毯对戒变形雹力要劝求很绘高。谣Ⅱ动.折硬叠：旅针对舒第一普次试幅验出外现的其折叠片情况邻，讨牙论分棒析认庄为允，暑折叠弄产生布原因悦是因悠为在砍填充酒齿形喇型腔陆时大保量的钩金属崭沿轮透齿形英腔方到向快珍速流啄动，缺而齿鼻两边说周边枕金属更因为裳受到异模具灭表面吸的摩埋擦力生和凹设模内头腔齿碍形齿刘顶的挨阻力芝，使逝流动虚速度丈小于很主流式金属岁，于备是在柳主流元金属珠的带女动下谨，这樱两流剥金属宜汇合李在一侄起塑时靠产生谜了折兴叠。和如图静7示帅意图伪所示愤。杨丰图5庙挂变形耻力与团行程委关系床曲线城犁托宝艰必图6奏底变形喝力比牧较勒碎怨助虎图7匪金喊属流脉动示抖意图鸦研究垮决定里修改共模具惯与锻慰件接慕触产斗生折办叠处猛的圆微角，幕最大笋限度姥地抗增大碍该处爱圆角偷半径沙，改急善金元属流鞠动。雪在后亿来实苗验中朵发现忠用修馒改后东的模显具成窜形齿轰轮，膜该处袭折叠怜情况使得到糠明显廉减轻旅。背虽然案仍白不能纵完全诱避免陡，摆但锻剑件已献能满违足零时件加锋工要桑求，饼所以摆实验袍是成锣功的筐。会六舞、小颜结凤本文嫩提出聋的直灾齿圆矮柱齿丝轮精哥锻模认结构度，保伯证了替圆柱约齿轮诞精锻周成形已的全王过程性在闭司式模柏锻中世进行只，锻蓬件无则飞边圾，所返以压赚力机妄提供岁的有去效变拦形能隔全部宪用于阀齿轮茅锻件鬼成形况，模舟腔填茅充良游好。龄圆柱晌齿轮键热精浮锻尊—愧冷推塑挤联秧合工在艺融避免拥了热独锻变夕形抗出力大呈的缺俭点。党由于巩依靠甲推