伞齿轮的模锻工艺及模具设计

1、伞齿轮的模锻工艺及模具设计任务书1 .课题意义及目标（1）意义通过毕业设计，锻炼学生综合运用所学的基础与专业知识分析、解决工作中实际问题的能力。（2）目标1）对伞齿轮的工艺性进行科学的分析；对相关参数进行准确的计算。2）通过查阅相关的锻模手册，设计出合理的锻模型腔。2 .主要任务1）模具装配图及零件图2）编写设计说明书一本3）电子资料一份3 .主要参考资料1张晓光.锻造螺旋锥齿轮月奠过程的研究D .锦州：辽宁工学院，2006.2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，1989.4 .进度安排设计各阶段名称起止日期1查阅文

2、献，完成开题报告2014.12.152014.12.302完成工艺计算，确定模结构方案2014.12.312015.03.103中期检查2015.03.112015.04.204绘制模具图2015.04.212015.05.155完成毕业论文及答辩工作2015.05.162015.06.15审核人： 2014年 12 月 15 日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

3、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Bevel gear forging process and die designAbstract ： This design is bevel gear forging technology and die design. Thr

4、ough the the material performance task part drawing, selection of die forging process and forging method.Determining the machining allowance as well as the forging tolerance calculation forgings quality selection of forging hammer tonnage, design of flash trough. Determining the heating heat treatme

5、nt methods and forging temperature range. Design finish forging, cloth row type, determine the size of the module. Design of pier platform, lock, jaw, choose inspection Angle, dovetail groove and the size of the keyway. Part of the design in order to get a set of bevel gear forging technology and di

6、e design, the design follow the ideas and methods of inherent belong to simple general design scheme of suitable for mass production. Forging main task is to solve the forging forming and the internal organization of the performance of the control, to obtain the required geometry shape, size and qua

7、lity of forgings. With the constant improvement of forging method and equipment, forging production area will be more broad.Keywords: Die forging ， Forging ， The shape of21 .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

8、 .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 281 .计任务零件图的材料性能分析40Cr 成分：碳 0.37 0.45 %，硅 0.17 0.37 %,钮 0.5 0.8 ,铭 0.8 1.1 %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

9、 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=25122. 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。3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

10、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H&D时, 应采用径向分模，不选轴向分模。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1 >- - -修n.ow*ll<4BrT IMLI1储Ti 屯M；期1 a孙31. 1.11二| J 11 l:*r.u .I.I*L3.2.1 锻件复

11、杂系数3_3V1=1/3 X 兀 rA2 X53=155824mm V2=兀 rA2 Xl0=33166mmV3=1/3 乂九 rA2 义 32.5=35930mmV4=兀32 义 35=3560而由即 S=Gd/Gb=Vd/Vb=(V1+V2-V3-V4)/343990=117453m/343990mnr=0.34S在0.320.63范围内，因此形状复杂系数为 S2级。_ _.种.铜种能中.恬的倒，修餐占总；丸如？h 30, U, ZOCfMnTl,"中Bt低合金的如45CrH营金蜩耐热VL 不AUG015. 12Cr2WliA, iCns. iflCvNiMo"该式适用

12、于宜役为G0E1以下的银件.2,非网形锻件_G式 I *0. 1 y L/B ) (Kg)中 L钿件水平投影而上的最大长度(5力己一锻件投影茴积(5，)。除以L所得的平均宽度口在按上式计算G。时，式中的口要用相当直役”替，。值为D,= l, 13Vz A图“制是按上两式所作的送模图，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117.453 m/经计算 m=pVd7.85g/c/3x 117.453 m/=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

13、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 %的合金刚此锻件为40Cr含碳量0.370.45<0.65 %,材质系数为M13.2.4锻件精度等级锻件的精度等级通常分两级，普通级和精度机公差，锻件大批量生产，因 此采用普通级公差。3.2.5锻件公差和余量量件的恭:. firm ”由计心M图3.3 锻件公差和余量根据模锻手册查得，查的长宽高加工余量均为2mm锻件长度尺寸为105.7mm公差1.8 (-0.6+1.2)锻件长度尺寸为65mm公差1.6(-0.5+

14、1.1)锻件长度尺寸为36mm公差1.6(-0.5+1.1)锻件厚度尺寸为39mm公差1.6(-0.5+1.1)内孔直径36mm公差1.6(-0.5+1.1)错差值0.6mm残留飞边值0.7mm3.3确定模锻斜度终锻模膛/3°5°710°12。预锻模膛/5°7°10°12°15°根据模锻手册得，内限度采用为7。、10。、12。等，常取内斜度10。；外 斜度一般采用为5°、7°、10°等，常外斜度取7,本次设计内斜度取10° ,外余度取7°。3.4圆角半径锻件上的圆角

15、可以让金属轻易充满模膛，起模很方便和延长模具使用寿命。圆角半径太小会则会使锻模在热处理或使用中发生裂纹压塌变形，在锻件表面上也容易产生折纹。外圆角半径用r代表，内圆角半径用R代表外圆角半径单面余量+零件圆角半径或倒角。内圆角半径R= (23) r圆角半径优选 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30mm 等数值。根据锻造说册，查得外圆半径为 r=2mm内圆半径为R=5mm终锻模膛圆角半径采用按下式计算：R1=R+C式中 R-是终锻模膛的相应部位上的圆角半径C 系数，按表选取圆角半径与模膛深度模膛深度<1010252550&

16、gt;50C23453.5冲孔连皮平连皮的S和R锻锤吨位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。4计算锻件主要参数(1)锻件在平面上的投影面积882

17、0mm(2)锻件周边长度332.84mm(3)锻件体积 135031.85mm(4)锻件质量1.02kg锻件图如下图4.15 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+0.001D 2) DaG0=(1-0.005*10.7)(1.1+2/10.7)2(0.75+0.001*10.7 2)*10.7*60G0=870.0025kg其中D 表示锻件直径

18、(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。飞端尺寸的航 飞边槽最梯献寸也桥晰以K及宽度人h蚁W 力*h耳翼小班力增匕桥部械h用械削斓虬能件的尺寸（上询地说也俄件在分根而上的极:湎却既是选定E边梢尺心也是龊如惟主播照故生产悯常树吨位来觥酬郎寸，如跖的肌 1和电飞边肌寸（砌耨儿也瓦瓦！ b I M '各it |it亮反集(.6.>|aI加（境版卷 4 B i 25_

19、 _ _旌镇匚瓦可。j1国穗看住|141gl 小釉X超放售！？4LG也轮顿口上小 为轮镇口瓦三i 林敏口*骑一31 9 Utt |1 j 5 J 11_ - _ _ _- 50SI搜堂等13m islot横散区15_ Jx ,_rvd图5.1飞边槽尺寸5.2.2飞边槽尺寸的确定桥部高度h/mm 1.01.6 , 取1桥部宽度 b/mm 8仓部宽度b1/mm 2225 ,取23仓部高度 h1/mm取4模膛边缘圆角r/mm 1.5飞边槽形状如图图5.26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

20、粗变形 为依据来进行计算V 坯=（V 飞+V 件）（1+&）式中V件一一锻件体积：V 飞一一飞边槽体积&烧损率，由于采用电阻炉加热，故 魏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0.51丫坯=（V 飞+V 件）（1+&）V飞4周F飞=0.5L周F飞槽式中L锻件周长；F飞槽一一飞边槽截面积，取 F飞槽为96mm 一3V 飞=0.5*332.84*96=15976.32mm丫坯=（15976.32+1350

21、31.85） （ 1+1.5%） =153273.23mmi依据计算出白坯料体积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。口坯=（0.950.83） 3VT =44.4250.84mm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80mm7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

22、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。- 一 ,H4-U正火理拽苑例 _粕跖川懵11ns加国岳腐夫是工1，q45-札*15日加了一 一"- -T工 ioCr1317”L 口工2仃。1 .4-白 (4.2*v.|)皿

23、M*15。4.67；nV a179265小/, ,-r JnTit20MnVfi156制；14 .三4-4©Cf|7廿741LU4律 (*川. - -2 0. r M n M 0坛 MnTlC172411口了3 9 L, (424立4SCribum17 0-11 JL 17轧m&£代 r MnM口 13156-237一户,.皿._iSMnk, 4oCrMo170241而UCfNhAl&CrMo普94&3： ,中1 1，营IT 酎| : T9然51,卜23H39T6 口3,ft4,6iQCrM®170-1413. B嘉*TV常用阴曲:图7.1

24、8 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。169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，&

25、;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铝。8、靖,s-Si r tnGx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。k M a切ri犬闺* VI Xri* :栉斗”小指人.此人X才I桁IM伸批物 '厂的名 71； /，9* UKI布图41川京

26、M临憔小仪F低怪寿山，切迪透水彼|：1次MbMM/fO I较慢的右侧.呻峭M管由情模的右前力映向方巾力汴原，八”）加瞿肉小刊刊。I伴f，M时，内枳据坟的女即1列什北1件的世:可 ?18图4-91模就布排点图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it,可得最小承击面积为2Amin=300cm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(mrm32

27、0400410465565600500550600650750850H最大(mim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D2 <d < (D1+D2 /2可得式中 D1 取 107mm D2 取 50mm d 取 70mm 墩粗台尺寸：墩粗台高度h=V坯/A=39.85mmH 取 40mm依据锻造工艺及用K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' =1520mm图9.49.5锁扣的设计以及钳口设计9.51根据锻件圆饼形

28、状特点，故采用圆形锁扣，查表得圆形锁扣及纵向锁扣设计尺寸锻锤吨位(t) 锁扣尺寸nb&#aR1R2125350.20.4125°35230400.20.4125°35335450.20.4123°35540500.20.4123°581050600.20.4123°581660750.20.4123°58(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

29、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

30、 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。22图9.5图9.623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。2钳口尺寸料头直径dBhR0料头直径

31、dBhR0<18502010677012055151828602510708013060152835703010809014065203540803515909515070204050904015951051607520505510045151051151708020556511050159.6 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(mrm<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:

32、h 为 50mm(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 (mrm5075100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。锻锤吨位/t燕尾起重孔bHH1DS120050.550306010 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

33、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。30五 . 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

34、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

35、，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） :33-34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