锻造课程设计说明书-CA6140床头箱齿轮

锻造课程设计说明书课程设计题目：CA6140床头箱齿轮齿轮锻造工艺设计说明书摘要：锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。自由锻：利用压力或冲击力使金属在上、下抵铁之间产生塑形变形，从而获得所需锻件形状及尺寸的加工方法。金属坯料在抵铁间受力变形时，朝各个方向可以自由流动，不受限制，锻件形状和尺寸由锻工操作技术保证。自由锻生产中能进行的工序很多，可分为基本工序、辅助工序及精整工序三大类。自由锻基本工序是使金属产生一定程度的塑形变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程，如鐓粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转及错位等工序。目录绪论……………………4具体设计方法和步骤…………………4绘制锻件图…………………..4确定锻造工艺…………………6镦粗………………….6冲孔…………………..6修整锻件……………..7计算坯料质量和尺寸…………4选定设备及规范………………9锻造工艺流程卡…………9结论………………………9致谢……………………10参考文献………………11附录…………………12设计计算与说明结果绪论本文设计齿轮所选材料为40Cr。钢的开始再结晶温度约为727℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于800℃的是热锻；在300～800℃之间称为温锻或半热锻。由于CA6140床头箱齿轮生产采用单件小批量生产方式，故对其采用自由锻工艺。制定自由锻的工艺规程包括绘制锻件图、确定变形工步，计算坯料质量和尺寸，选定设备和工具，确定锻造温度和加热范围和加热、冷却及修整处理的方法和规范等。具体设计方法和步骤绘制锻件图锻件图是工艺拟定的基础和工艺规程的核心内容，是以零件图样为基础，结合自由锻工艺特点考虑余块和锻件形状、锻件加工余量和锻件公差等因素绘制而成。确定锻件形状为简化锻件形状、便于直接锻造成型，而在零件上某些难以锻出的凹档、台阶、凸肩、法兰和内孔等部位，添加上一部分多余（在切削加工余量以外）的金属，即称为余块。确定锻件余量由于自由锻锻件尺寸精度低、表面质量较差，需再经切削加工制成成品零件，为此应在零件加工表面上增加供切削加工用的金属，称为锻件余量，大小取决于零件的形状和尺寸、精度和表面粗糙度要求等，零件越大、形状越复杂，则余量越大。（3）确定锻件公差锻件公差是指锻件实际尺寸与基本尺寸间所允许的偏差，一般约为加工余量的1/4~1/3。（4）绘制锻件图齿轮属于带孔盘类锻件，故在绘制齿轮锻件图时根据JB4249.4—86带孔盘类锻件机械加工余量和锻造公差标准确定齿轮的加工余量和锻造公差。根据所给零件图，可知齿轮齿顶圆直径为φ126mm，查得其公差为（φ136±5）mm；齿轮的轴孔直径为φ83mm,查得其锻造公差为（φ73±5）；齿轮的总宽度为100mm，根据标准查得公差为106±2mm。零件图中的键槽在锻造过程中不予考虑。绘制锻件图如下：图1齿轮锻件图40Cr为合金钢，且由于该齿轮的锻造工序较少，故只采用一次加热。锻造的始锻温度定为1200°，终锻温度定为800°。故该锻件的锻造温度范围为1200°~800°。坯料采取煤气炉加热。确定锻造工艺确定锻造工艺的依据是锻件的形状特征、尺寸、技术要求、生产坯料和生产条件等。确定锻造工艺包括去确定锻件成型必需的基本工序、辅助工序和精整工序，以及完成这些工序所使用的工具，确定公布顺序和工步尺寸。该齿轮锻造过程中主要采用镦粗、冲孔、扩孔和精整锻件等工步。为了减小冲孔深度，故将镦粗工步安排在冲孔工步之前。镦粗镦粗使坯料断面增大而高度减小的锻造工序圆形截面坯料的高径比（局部镦粗时为变形部分的高径比）不大于2.5~3；方形截面坯料的高度与较小基边之比不大于3.5~4。镦粗可以增加金属变形量,改善金属的机械性能，提高内部质量，为下一道工序做准备。镦粗工序可以有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。分析齿轮锻件图，确定该齿轮坯锻造采用完全镦粗的方法。完全镦粗是将坯料竖直放在砧面上，在上砧的锤击下，使坯料产生高度减小，横截面积增大的塑性变形。该齿轮锻造坯料拟采用热轧圆钢，热轧圆钢的截面直径在计算阶段予以给出。冲孔冲孔直径小于450mm时，用实心冲子冲孔；大于450mm时，用空心冲子冲孔；锻件厚度与孔径之比小于0.125的薄锻件，采用垫环上冲孔。实心冲子冲孔时，坯料直径与孔径之比不应小于2~3。直径小于30mm的的孔一般不冲出。由齿轮锻件图可知，锻件孔直径为73mm>30mm且73mm<450mm，故该齿轮轴孔予以冲出，且采用实心冲子冲孔。坯料直径与孔径之比为164/73=2.24>2~3，满足实心冲子的冲孔要求。由该齿轮锻件图可知，齿轮坯较厚，故采用双面冲孔法，用冲头在坯料上冲至2/3～3/4深度时，取出冲头，翻转坯料，再用冲头从反面对准位置，冲出孔来。修整锻件为了使齿轮锻件更加满足锻件的尺寸和形状，在对齿轮坯冲孔之后需要对其进行修整。包括摔圆齿轮坯、修整齿轮轴孔等工序。计算坯料质量和尺寸锻造用坯料包括两类，一类是钢材和钢坯，用于中小型锻件；一类是钢锭，用于大中型锻件。该齿轮为单件小批量生产，且采用自由锻工艺，故该齿轮坯料采用热轧圆钢。坯料质量可按下式计算：式中，——坯料重量；——加热过程中坯件表面氧化而烧损的质量；——锻件重量；——冲孔时冲掉的金属质量；——锻造时从锻件端部切去的金属质量根据坯料的比重和质量，可算出坯料的体积。确定坯料尺寸时，还需要考虑锻件的锻造比要求和采取的变形方式：该齿轮为饼块类锻件，通常采用镦粗法锻造，为了避免镦弯和便于操作，坯料的高径比应满足：因此圆截面坯料的直径可按下式结算所以，钢材密度为：ρ=7.9根据锻件图计算锻件的质量：ρ式中，为锻件最大直径；为锻件孔径代入数据可得：计算烧损质量：式中，则，计算冲孔芯料损耗：式中，H——为锻件高度；因为采用实心冲子冲孔，故，=1.5代入数据得：故，坯料质量为：代入数据可计算所需热轧圆钢的理论直径：根据标准GB702—72热轧圆钢直径表，取坯料直径为95mm。计算可知坯料长度为216mm。验算高径比：满足要求。综上所述，坯料的直径为95mm，坯料的长度为216mm。选定设备及规范选定锻造设备的依据是锻件的材料、尺寸和质量，同时还需要考虑车间现有的设备和条件。设备吨位太小，锻件内部锻不透，质量不好，生产效率低；设备吨位太大，不仅造成设备和动力的浪费，而且操作不便，也不安全。对于低碳钢、中碳钢和普通低合金钢锤上自由锻，按照自由锻锤锻造能力范围表可查得所需设备。该齿轮锻件属于圆环类锻件，根据锻件外径和锻件高度（锻件外径136mm，锻件高度106mm）,故选择锻锤落下部分重量为0.75t。40Cr属于合金结构钢，查表可知始锻温度为1200℃，终锻温度为800℃。采用煤气炉三段式加热规范，装料炉温为1150℃~1200℃，保温时间约为总加热时间（1h~100min）的5%~10%，这里保温为15min，再以最大加热速度加热至1200℃以后，再次保温均热约为15min后开始锻造。锻造工艺流程卡（见附录）结论采用以上工艺锻造出齿轮坯，之后对其进行切削加工。在切削加工之前安排锻造工艺一是为了提高零件的机械性能，二是为了减少切削量。该齿轮坯的锻造工艺总结如下。第一步，下料。齿轮坯料的材料是40Cr，坯料为热轧圆钢，圆钢的截面直径为95mm，圆钢长度为216mm,。第二步，加热坯料。由于齿轮锻造工序较少，故只对坯料进行一次加热。坯料的始锻温度为1200°，坯料的终锻温度定为800°。钢的再结晶温度为727°，为了坯料在加热过程中其内部晶粒完全转换成奥氏体，故将始锻温度定为800°，高于钢的再结晶温度73°。第三步，镦粗。镦粗一方面是为了减小冲孔深度，另一方面是为了改善零件的机械性能。同时对坯料进行镦粗需要保证两个尺寸，一是锻件的外径，二是锻件的高度。镦粗过程中直接对坯料进行一次镦粗成型，减少加热次数，增加材料利用率。第四步，冲孔。冲孔一方面是为了满足锻件尺寸，另一方面是为了减少齿轮的切削量，简化切削步骤，提高生产率。第五步，修整锻件。修整锻件主要是为了使其更加接近零件的形状和尺寸，同时也可以检查锻件是否出现缺陷，比如裂纹等。第六步，冷却。采用空冷方式冷却锻件。以上为锻造的基本过程，对零件的切削加工工艺将在对应说明书中详细阐释。致谢通过这一次的热加工课程设计，我领悟很多。对零件的热加工有了更加全面、深刻的认识，同时对零件的热加工工艺有了整体的理解。此次热加工课程设计，我的任务是设计齿轮锻造工艺。学习过程中，指导老师给予我很大的帮助，再次特别感谢张锁梅老师给与我的帮助，不仅使我成功完成了课程设计，同时也是我从中受益很多。参考文献王爱珍，热加工工艺基础，北京，北京航空航天大学出版社.王爱珍，金属成型工艺设计，北京，北京航空航天大学出版社.王爱珍，工程材料及成形工艺，北京，机械工业出版社.自由锻、单件、小批量生产根据JB4249.4—86标准确定锻件的余量和公差锻件的始锻温度为1200°，锻件终锻温度为800°煤气炉加热锻造的过程为：镦粗、冲孔、修整锻件，锻造完成之后对锻件进行空冷钢密度为锻件质量为10.953Kg烧损质量为0.274Kg冲孔芯料损耗为0.848Kg坯料重量为12.075Kg热轧圆钢直径为95mm，圆钢长度为216mm，坯料高径比为2.260.75t自由锻锤空冷附录CA6140床头箱齿轮锻造工艺卡锻件名称CA6140床头箱齿轮锻件图另外给出锻件材料40Cr坯料质量14.224Kg坯料尺寸Φ95X216锻造设备0.75t空气锤火次锻造温度工序工