伞齿轮的模锻工艺及模具设计

伞齿轮的模锻工艺及模具设计摘要：本设计是伞齿轮的模锻工艺及模具设计。通过零件的材料的性能分析，选择模锻工艺以及模锻方法。由确定的机械加工余量以及选择的锻件公差计算锻件质量确定锻锤吨位，设计飞边槽。确定加热方法和锻造温度范围选择热处理方法。设计终锻型槽、布排型槽，确定模块的尺寸。设计墩粗台、锁扣、钳口、选择检验角，燕尾槽以及键槽的尺寸。依次的部分设计得到一套伞齿轮的模锻工艺及模具设计，此次设计遵循固有的思路和方法，属于比较简单通用的设计方案，适合用来大批量生产。锻造主要任务是解决锻件的成形及内部组织性能的控制，获得所需几何形状、尺寸和质量的锻件。随着锻造方法和设备的不断完善，锻造生产的领域将更加广阔。关键词：模锻，锻造，形状IBevelgearforgingprocessanddiedesignAbstract：Thisdesignisbevelgearforgingtechnologyanddiedesign.Throughthethematerialperformancetaskpartdrawing,selectionofdieforgingprocessandforgingmethod.Determiningthemachiningallowanceaswellastheforgingtolerancecalculationforgingsqualityselectionofforginghammertonnage,designofflashtrough.Determiningtheheatingheattreatmentmethodsandforgingtemperaturerange.Designfinishforging,clothrowtype,determinethesizeofthemodule.Designofpierplatform,lock,jaw,chooseinspectionAngle,dovetailgrooveandthesizeofthekeyway.Partofthedesigninordertogetasetofbevelgearforgingtechnologyanddiedesign,thedesignfollowtheideasandmethodsofinherentbelongtosimplegeneraldesignschemeofsuitableformassproduction.Forgingmaintaskistosolvetheforgingformingandtheinternalorganizationoftheperformanceofthecontrol,toobtaintherequiredgeometryshape,sizeandqualityofforgings.Withtheconstantimprovementofforgingmethodandequipment,forgingproductionareawillbemorebroad.Keywords:Dieforging，Forging，TheshapeofII目录1.设计任务零件图的材料性能分析.12.模锻工艺及模锻方法的选择.23.锻件图的设计.33.1确定分模面位置.33.2机械加工余量的确定以及锻件公差选择.33.3模锻斜度.53.4圆角半径.63.5冲孔连皮.63.6锻件技术要求.74.计算锻件主要参数.85.锤上模锻工艺.95.1锻锤吨位的确定.95.2确定飞边槽的形状和尺寸.96.确定坯料尺寸.127.确定加热方法和锻造温度.137.1确定加热方式.137.2确定锻造温度范围.138.确定热处理方法和要求.149.锤用模锻结构设计.1510.结论.2611.参考文献.2712.致谢.2801.计任务零件图的材料性能分析40Cr成分：碳0.370.45，硅0.170.37，锰0.50.8，铬0.81.1退火硬度：小于207HBS正火硬度：小于250HBS调质处理：试样直径：25mm，850度淬火加热油淬，520度回火后：抗拉强度1000兆帕，屈服强度800兆帕，延伸率9，断面收缩率45，冲击韧性588千焦/平方米。图1.1零件图齿轮参数：模数M=4,齿数Z=2512.模锻工艺以及模锻方法的选择同一锻件可以在不一样的设备采用不同工艺制造，当生产批量较大时，可采取模锻锤或热模锻压力机；若批量不大时，可使用螺旋压力机或自由锻锤上胎模锻及固定摸模锻。此锻件的要求是大批量生产，使用锤上模锻的方法。因为本次设计零件为圆饼类零件，应下料后的毛坯进行墩粗，墩粗成形后终锻成形，采取变形工步为：墩粗终锻。23锻件图设计3.1确定分模面位置选择分模面遵循的最基本原则：(1)为了使锻模构造简单，防止上、下模错移，分模位置采用直线式(2)头部尺寸较大的长轴类锻件，不适合直线式分模，为使锻件较深尖角处充满，采取折线式分模，使上下模的模膛深度大致相等。(3)为了便于模锻，切边模加工制造和减少金属消耗，当圆饼类锻件的HD时，应采用径向分模，不选轴向分模。(4)根据以上原则，本图分模面选在截面积最大的水平位置。3.2机械加工余量的确定以及锻件公差的选择机械加工余量也往往不是越小越好，为了将锻件的脱碳层以及表面细小裂纹去掉，留有一定的加工余量也是有必要的。图3.1模锻件内外表面加工余量33.2.1锻件复杂系数V1=1/3r253=155824mm3,V2=r210=33166mm3,V3=1/3r232.5=35930mm3,V4=r235=35607mm3,即S=Gd/Gb=Vd/Vb=(V1+V2-V3-V4)/343990=117453mm3/343990mm3=0.34S在0.320.63范围内，因此形状复杂系数为S2级。图3.2钢种系数3.2.2计算锻件质量锻件质量m=pVd，其中p材料密取7.85g/cm3，V锻件体积。取117.453mm3,经计算m=pVd=7.85g/cm3117.453mm3=1.02kg，估算锻件质量1.02kg3.2.3锻件材质系数材质质数是根据材料可锻性难易程度划分等级的。由于材质系数不同，公差不同，钢锻件分为M1和M2两级M1：含碳量小于0.65的碳钢或者合金元素总含量小于3.0的合金刚M2:含碳量不小于0.65的碳钢或合金元素总含量不小于3.0的合金刚4此锻件为40Cr含碳量0.370.4550C23453.5冲孔连皮6平连皮的S和R锻锤吨位（t）123510S(mm)46581012R(mm)58610820连皮厚度s=2.5mm+（57.5）d/100，其中系数（57.5）按h/d确定d代表孔直径，h代表。h/d=0.5时取5，h/d接近1时取7.5，此锻件取5，所以s=4.3mm取s=5mm3.6锻件技术要求锻件技术要求图上未标注的模锻斜度为7（1）图上未标注的圆角半径为R=2mm（2）允许的错移量0.6mm（3）残留的毛边量0.7（4）允许缺陷深度1.5mm（5）锻件热处理：调质（6）锻件表面的清理：喷沙清理。74计算锻件主要参数（1）锻件在平面上的投影面积8820mm2（2）锻件周边长度332.84mm（3）锻件体积135031.85mm3,（4）锻件质量1.02kg锻件图如下图4.185锤上模锻工艺5.1锻锤吨位的确定模锻过程是一个短暂的动态转变过程，受到诸多因素的制约，要得到准确的理论解是很难的。因此在生产中，用经验公式或近似解的理论公式确定设备吨位。选择双作用模锤锻，根据布留哈若夫和列别尔斯基公式：G0=（1-0.005D）(1.1+2/D)2（0.75+0.001D2）DaG0=(1-0.005*10.7)(1.1+2/10.7)2(0.75+0.001*10.72)*10.7*60G0=870.0025kg其中D表示锻件直径（cm）a锻件在终锻温度变形抗力，查表a取60MP，选用1吨锻锤5.2确定飞边槽的形状和尺寸5.21飞边槽的作用：（1）增添金属流出模膛的阻力，迫使金属充溢模膛（2）容纳多余金属。（3）铸造时飞边起缓冲作用，减弱上下模的直接冲击，防备模具的压塌与开裂。9图5.1飞边槽尺寸5.2.2飞边槽尺寸的确定桥部高度h/mm1.01.6，取1桥部宽度b/mm8仓部宽度b1/mm2225，取23仓部高度h1/mm取4模膛边缘圆角r/mm1.5飞边槽形状如图10图5.2116确定坯料尺寸模锻的原材料的体积包含锻件本体、毛边、连皮、夹钳料头和加热引起的氧化皮之总和。由于该锻件为圆饼类锻件采用先墩粗制坯，所以毛坯尺寸以墩粗变形为依据来进行计算V坯=（V飞+V件）（1+&）式中V件锻件体积：V飞飞边槽体积&烧损率，由于采用电阻炉加热，故&取1.5%不同加热方法钢的烧损率加热方法烧损率（&%）加热方法烧损率（&%）室式煤炉或油炉2.54半连续煤气炉2.02.5室式煤气炉2.53电阻炉11.5半连续煤炉或油炉2.53接触加热和感应加热0.51V坯=（V飞+V件）（1+&）V飞=L周F飞=0.5L周F飞槽式中L周锻件周长；F飞槽飞边槽截面积，取F飞槽为96mm2V飞=0.5*332.84*96=15976.32mm3V坯=（15976.32+135031.85）（1+1.5%）=153273.23mm3依据计算出的坯料体积V坯确定坯料直径D坯或方坯料的边长A坯。由于考虑到坯料在墩粗时不致发生弯曲，使坯料长度与直径D坯比值处于L坯/D坯=1.52.2。D坯=（0.950.83）=44.4250.84mm3坯取毛坯直径为50mmL坯=1.27*V坯/D坯2=77.86，取L坯80mmL坯/D坯=1.56，在1.52.2之间。以上结果符合要求。因此下料毛坯尺寸，坯料直径50mm，坯料长度80mm127确定加热方法和锻造温度7.1确定加热方式确定加热过程不一样的时期的加热炉温、升温速率和加热时间时，首先应考虑钢材断面的尺寸，其次要考虑钢的成分及有关性能，如塑性、强度、导热及膨胀系数、组织特征以及加热变化，和坯料原始状态。因为锻件材料为40cr，电加热具有速度快、炉温控制精确、工件氧化少、加热质量好、工作条件好、易于实现自动化操纵等优点，因而采用电加热。7.2确定锻造温度范围各种合金的锻造温度，可拥有良好的塑性以及较低的变形抗力，能锻出优良锻件。而且确定的锻造温度范围较广，使坯料加热次数减少，来获得较高的锻造生产率。图7.1138确定热处理方法和要求齿轮锻造后，应考虑先在空冷700后再进行缓冷。当锻件冷却到室温以后，再按工艺规程将锻件由室温重新加热然后进行热处理。而锻件余热热处理则是在锻后采用锻件自身热量直接进行淬火处理或者正火热处理。40cr热处理工艺为淬火温度850，偏差10，油冷，回火温度520，偏差10，水、油空冷。149锤用锻模设计9.1终锻型槽设计终锻型槽通常是各种型槽中最重要的型槽，一般用来完成锻件最终成形。终锻型槽是依照热锻件图加工和检验的。锻件材质为40cr，收缩率为1.5%。理论上加上收缩率后尺寸L按根据下列公式计算：L=l（1+&）式中，L代表热锻件尺寸，l代表锻件尺寸，&则表示终锻温度下的金属收缩率。首先计算出热锻件图相应尺寸，然后绘制热锻件图，如图：根据制造经验总结，考虑到锻模使用后承击面会下陷，型槽深度会减小。因此，辐板处增厚0.5mm图9.19.2型槽的布排锤锻模结构设计的好坏对锻件质量、制造效率、劳动强度、锻模和锻锤的15使用寿命和锻模加工制造都会有直接影响。本次设计的终锻型槽中心向远离墩粗台方向左右偏移量15mm上下偏移量15mm依据型槽中心安排：根据设备吨位应为1吨的分布。1617图9.29.3模块尺寸的确定模块尺寸除了与型槽尺寸、排列方式、型槽数和歌型槽件的最小壁厚有关，仍还需要考虑的问题.依据吨位设备为1t，可得最小承击面积为Amin=300cm2图9.3综合考虑到模膛布排，、锁扣、飞边槽及墩粗台设计要求等方面的要求，可取模块标准中的相近的较大值。根据模锻实用技术查得，最大高度500mm，模块最小高度320mm设备吨位（t）11.523510H最小（mm）32040041046556560018H最大（mm）500550600650750850上模块高度H1=400mm下模块高度H2=350mm9.4墩粗台的设计墩粗后毛坯直径d依据公式D2d（D1+D2）/2可得式中D1取107mmD2取50mmd取70mm墩粗台尺寸：墩粗台高度h=V坯/A=39.85mmH取40mm依据锻造工艺及模具设计查得C，C，和C”尺寸：边缘距离C：C=1015mm所以至锁扣距离C，：C，=510mm因此右侧与右边距离C”：C”=1520mm19图9.49.5锁扣的设计以及钳口设计9.51根据锻件圆饼形状特点，故采用圆形锁扣，查表得20圆形锁扣及纵向锁扣设计尺寸（1）锁扣尺寸由表选取。（2）飞边仓部宽度b，应该比普通的仓部宽度大510mm，意避免飞边流入锁扣间隙。（3）锁扣中间时常为凸出的部分常设计在上模，这样就容易起模，并可以避免因热膨胀而使得上下模在模锻时卡住。有时也为了方便于将锻件自下模取出等原因而应将锁扣中间凸出部分设计在下模，此时因下模温度高于上模，而使锁扣间隙减小，故需取较大的间隙量。（4）为了便于从下模取出锻件和吹出下模内的氧化皮，可在下模后部开通一条槽，其宽度为5080mm，深度等于锁扣高度（5）当模块的宽度尺寸较小时，可采用不完全的圆形锁扣9.52钳口作用与型式（1）钳口作用终锻和预锻模膛都必需设有钳口，使它位于模膛前方，钳口可分钳口和钳口劲两部分，它的用途为：1)夹钳口在模锻时是作为放置棒料和夹钳用的；2）钳口则可以作为锻件起模之用,齿轮类锻件在模锻时可以无夹钳料头；3）锻模制造时，钳口也可以作为浇注的模膛检验件的浇口之用。（2）钳口型式常用的一般钳口如图1所示，而图2所表示是用于齿轮类锻件；图3所示则用于重量较大的那种锻件；图4为终锻、预锻两模膛共用钳口。锻锤吨位（t）锁扣尺寸nb&#aR1R2125350.20.412535230400.20.412535335450.20.412335540500.20.4123581050600.20.4123581660750.20.41235821图9.5图9.622图9.7图9.82.钳口尺寸的确定与夹钳尺寸主要是根据夹钳头料头的直径而定。应能确保夹料钳子能可以被自由地操作。而在掉头锻造时也应能放置下锻件的相邻端部。（1）如图夹钳宽度B，高度h以及圆角R0都按表查用。（2）夹钳口长度根据模膛布排而定。（3）不用夹钳料头时，则钳口仅作浇注盐件用，则夹钳口宽度B=G+30mm（4）表中d代表毛坯直径或经拨长后料头直径，如为调头模锻类的锻件，则为两锻件的中间连接部分。23钳口尺寸料头直径dBhR0料头直径dBhR018502010677012055151828602510708013060152835703010809014065203540803515909515070204050904015951051607520505510045151051151708020556511050159.6确定模膛壁厚查表得S0=kh式中k表示系数，其值根据按表确定模膛深度h（mm）202030304040555570709090120系数k21.71.51.31.21.11.0K=1.3h=43S=55.9mm9.7检验角的选择检验的尺寸：（1）宽度b：b=5mm（2）高度h：h为50mm24（3）边缘圆角R：R=810mm依据设备吨位来选取检验角高度设备吨位（t）2255h（mm）5075100图9.99.8选择燕尾槽以及键槽的尺寸锤锻模是紧固在模座和锤头上的，就要求紧固可靠而且又安装调试方便。在长期生产时则间常常使用楔铁和键块配合燕尾来紧固的方法。燕尾起重孔锻锤吨位/tbHH1DS120050.55030602510结论伞齿轮的锻造有很多显著优势，比如具有节材、节能、低成本、高效率等。然而，伞齿轮锻造，由于零件的几何形状足够复杂，影响因素局多，成形难度大，成形规律的研究依旧比较薄弱。目前我国对伞齿轮工艺技术缺乏系统的、精确的理论分析手段，依旧主要依赖长期积累的工作经验。我国齿轮强度低、噪声高等问题。我国研究人员不断努力在齿轮的轮齿全部同时锻出而不进行加工。国内对伞齿轮的制造相较于其他工业发达国家还比较落后，主要还是靠切削加工，虽然有部分人研究过伞齿轮的非切削加工，但都不是很成功，得到理想的结果。然而把非切削螺旋伞齿轮用作汽车和其他机械零部件那就更少了。因此，伞齿轮精锻技术正日益受到工业的重视，开展对伞齿轮锻澡的研究也具有很重要的理论和实际意义。265.主要参考文献1张晓光锻造螺旋锥齿轮脱模过程的研究D锦州：辽宁工学院，20062王银根，高泊依，郭志强圆柱直齿齿轮精锻工艺和实践3曾韬螺旋锥齿轮设计与加工M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19894盛莉螺旋锥齿轮标准齿轮的研制D哈尔滨：哈尔滨工程大学，20075裴兴华，张猛，胡亚民摆动碾压M北京：机械工业出版社，19916大泽佳郎日本锻压行业的现状J锻压技术，1995，(1)：3-57田福祥，王者静，付志刚螺旋伞齿轮闭式精锻新工艺J热加工工艺，2004，（1）：42-438田福样，王者静，尹德良螺旋伞齿轮精锻新工艺与新型模具结构J锻造，2005，(1)：63-659王春芳.浅谈外加厚油管系列模具的研制J.装备制造技术，2009，（7）:174-17610王博.广西轻工业J.汽车零件精锻成型模具设计，2011，（4）:116-11611向延平.锻造与冲压J.2011，（12）:64-6412黄瑶，王学刚.锻压机械J.2000，35（4）:52-5413杨正德，刘炳良.中国高新技术企业J.2008，（3）:89-9014杨秀成.机械工人：热加工J.2003，（6）:47-4815周宇明，王立志.客车技术J.2011，（2）:33-3427致谢毕业设计在我敬爱韩导师的认真悉心指导下完成的。从开始到现在已经过了近半年的时间了，完成了论文写作，为此花费了大量的时间和心血，而且我将在大学四年所学到的专业知识全部运用于此，我对这样一个强化专业技能水平的机会十分珍惜，他让我的知识的发挥提供了一个很大的舞台。于是，我想借这样一个难得的机会，对帮助过我的老师和同学们表示感谢。首先，要感谢的就是我的指导老师韩海军老师，书写过程中，每当我有不懂的问题，韩老师都会不辞辛苦的为我一一解答，并深入浅出的对我的论文进行悉心指导，在这近半年的时间里，我不仅向韩老师学到了论文写作的技巧，更升华了对理论的认识，受益匪浅。其次，要向我的班主任吴海英老师和诸位任课老师表示感谢，是他们为我的学习和生活提供帮助，如果没有他们孜孜不倦的教导，我就不会这么迅速的成长，也不会学习到这么多的专业知识和生活经验，也正是老师们的支持，让我对我以后即将面临的挑战无所畏惧。再次，要感谢我身边的同学，我们在一起不单单只是上了四年的课，更多的是我们同患难、共风雨的走过了这欢快的四年，他们支持我的工作，我们相互扶持，相互鼓励，用时间来诠释了我们深厚的友谊。最后，我要特别感谢我的父母，他们为我提供了这么好的学习的环境，还在背后默默的支持着我，在我困难时为我遮风挡雨，在不久的将来，我会尽最大的努力去回报他们对我的养育之恩！时光荏苒，四年的大学生活转眼间就要过去了，心中充满了对太原工业学院的感激之情。在这里，不仅学会了自己的专