小模数直齿圆柱齿轮快速精锻成型与模具(修改).doc

小模数直齿圆柱齿轮快速精锻成型与模具李林鑫 任小鸿(四川化工职业技术学院 四川泸州 646005)摘要：小模数直齿圆柱齿轮由传统加工改为快速精锻成型，具有生产效率高，产品质量好且稳定，细化晶粒等特点，同时也对精锻成型模具进行了介绍。对类似产品提供理论与实际依据。关键词: 小模数齿轮 快速精锻 模具1引言传统齿轮的加工一般是以机加工和普通锻造为主，但是随着齿轮使用要求的提高以及机加工行业的发展，现有的技术不论从精度还是效率上来讲都已渐渐不能满足齿轮加工的需求，在此本文结合生产实际，论述以精密锻造的方式加工齿轮。对于精密锻造，一方面可以大大提高生产效率，另一方面能成型出高质量的产品，且降低了产品毛坯的消耗。两方面都能使产品成本降低，提高了产品的竞争力。2快速精锻工艺2.1对图示产品进行了工艺分析 齿轮材料一般用40Cr，42CrMo，20CrMo 、45Mn等，本文中产品是以20CrMo为材料加工，如图1，齿轮成品要求硬度为HRC4045，模数为1，齿数20，压力角20，屈服强度为880MPa，延伸率为13%端面收缩率55%冲击韧性为1000KJ。 图1齿轮现在一般厂家使用的机加工和普通锻造的加工方式，这样的加工方式下一个齿轮的制造周期较长（大概为三十个小时），并且齿轮还常常还存在轮齿歪斜，不对中等误差。如果采用精密锻造的方式一方面可以减少的机加工的时间，另一方面能以锻模的精度来间接保证齿轮的精度，制造出的产品周期短质量高。 2.2工艺路线 精密锻造方式加工齿轮的工艺路线一般采是下料退火滚光、酸洗磷化、皂化（预锻模具模具表面）预锻精锻，在本产品的加工时为了更好的保证产品的表面质量，提高模具使用次数，对镦粗的预锻毛坯表面也进行了磷、皂化处理，这样能提高润滑剂的润滑质量，减小金属变形过程中的局部应力。本产品生产工艺流程为下料退火外圆磨削磷化、皂化预锻磷化、皂化精锻，这样可以有效的提高磷化模厚度，改善润滑油的分布，改善润滑效果，使生产过程更易于控制，加工的可复制性好，提高了产品质量。2.2.2齿轮毛坯的退火 本产品的退火处理采用中频感应加热，产品温度升高速度快，减少了氧化层厚度，还可以在炉内通入惰性气体，更好的降低氧化概率。也可以是用含碳燃料加热齿轮，燃烧后的还原性气体也能有效降低氧化的可能性。本产品材料为20CrMo，齿坯采用等温退火，在高温炉加热到945左右保温四到五小时，再通风状态下空冷至660左右，然后送进等温炉保持660温度五至六小时，再空冷至室温。退火后组织为铁素体和珠光体，晶粒度五到八级，硬度160210布氏硬度。2.2.3涂石墨 涂石墨主要是为了减小摩擦提高模具使用次数，降低能耗，而且又能降低对环境的污染，改善工人工作环境。本产品采用石墨润滑配方为水基石墨，当遇热时水分蒸发，降低温度，在工作表面留下失水后的固体薄膜，起到润滑效果。石墨润滑配方为用0.140mm鳞片石墨40+、土状石墨60、水定量、粘土2配置，混制时间不少于6h。这种配方比一般配方而言降低了涂料开裂的可能性，提高了石墨涂料质量。并且低价材料比例增加从而降低了成本。经此处理后模具寿命得到有效提高，其方法略。2.3.1毛坯下料方式 毛坯的体积或者重量是能否保证精锻齿轮最终产品质量的一个重要因素，普通下料方式是以长度为基准，但是由于圆钢的直径会存在误差，所以这样下料误差比较大，会使齿轮质量降低。比较先进的方法是用计算机与电子秤结合，利用计算机算出不同外径的圆钢下料的长度，这样能比较准确的保证所下料的体积，但是相应的成本会有所增加，综合比较，我们采用的是电子秤来保证毛坯重量。2.3.2预锻形状与尺寸齿轮在精锻之前需要预锻以完成大体形状，使齿坯能够在精锻模具中顺利成形，预锻毛坯形状对后续加工影响比较大，外径太小不易锻满，太大又容易产生毛刺，并且降低模具寿命。从保证精锻加工的可靠性。(图有问题，差总长)2.4齿轮质量与一般生产方式相比较，使用精锻工艺后，加工时间减少，生产效率相对提高到了1.9倍。精锻齿轮产品比一般齿轮，金属纤维更加连续，分布更合理，机械强度显著提高，耐磨性也有所增加，另外组织也更致密，更均匀，减小了产生裂纹和变形的可能性。3快速精锻模具设计3.1精锻模具总装结构1、上凸件 2、上模座 3、上垫板 4、冲头 5、上模套 6、导套7、毛坯 8、上压板 9、下压板 10、凹模 11、导 柱 12、下模套13、衬板 14、下垫板 15、模芯 16、顶件器 17、下模座 18、下顶杆19、下凹件图3 精锻模具 图3所示为精锻模具总装图，工作零件为冲头4和模芯15，如图所示经过预锻的毛坯7加热后方向向下放入模芯15中，合模时冲头4将毛坯7压入模具经过导向段逐渐变形直至充满整个模具型腔，然后再由顶件器顶出成型后的产品。冲头和模芯分别由上压板8和上压板9通过螺栓连接销钉定位在模板上，再由导柱导套进行导向，用上凸件1和下凸件19来保证定位准确。3.2凹模设计图3本模具采用凹模是用凹模外套压紧模芯的方式。这样可以提高钢材的利用率，降低成本。模芯是保证产品质量的重要零件，保证模芯的质量不仅可以有效的提高齿轮的质量还能提高模具加工使用寿命。模芯的加工有两种方式，一是采用电火花成型加工，但是精度比较低，因为随着加工的进行电极也在不断消耗，这必然导致模芯中齿形的不准确。另一种方式是采用电火花线切割加工，这种加工方式可以有效的保证模芯中的齿形形状。在加工中还应该考虑到锻造后的齿轮会发生热变形及弹性回复，所以需要对模芯中的齿形做出相应的修改，如图3为本产品使用的模芯图，经修改后模数为1.12压，力角为22。3.3模具材料及热处理模具采用的材料为H13，这种材料高温抗拉强度、耐磨性和韧性均高，导热性能良好，不会产生热裂现象，适用于水冷不足的模具，进行气体或液体氮化处理，镀硬铬，焊接及抛光，用电蚀法进行加工。组织致密，各向异性不明显，比一般的轧制材料质量好，但是比较贵。采用H13可以比采用一般材料的模具寿命更长，热处理分为两步，第一步扩散退火，进行预热处理的目的旨在减少H13在铸造时产生的偏析及消除铸造内应力；第二步淬火处理，提高表面硬度，增加模具使用次数。还可以对H13钢进行RESNC共渗加氧化复合处理，也能大幅度提高其表面硬度。综合与考虑，采用了H13作为模具材料.3.4模具使用情况 模具一般而言平均使用寿命为5500件，增加了一些辅助工艺（预热等）措施后，模具寿命可以达到10000件左右。如果再进行盐浴氮化表面处理，可以使齿轮精锻模具寿命增加到20000件以上。4结束语:实践证明：采用快速精密锻造小模数齿轮，能成功地加工出符合要求的齿轮，提高工件的表面质量，节约材料，缩短辅助时间，降低生产成本。总的来讲, 精密锻造小模数齿轮是目前较小采用的一种理想成型方法。参考文献：王向东等 直齿圆柱齿轮精锻技术的发展现状与趋势 锻压装备与制造技术2006年 41卷 2期王欣 精密锻造及其模具设计与制造技术 塑性工程学报