常啮合齿轮锻件锻模设计案例

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常啮合齿轮锻件锻模设计案例 一 常啮合齿轮零件图 零件材料为 18CrMnTi 二 制定锻件图 根据零件图制定锻件图 1 确定分型面位置 常啮合齿轮的高径比为 H D 55 178 0 31 1 属短轴线类锻件 因此取径向分模 根 据零件形状 分模面取在最大直径处 1 2 高度的位置 2 公差和加工余量 加工余量的确定与锻件形状的复杂程度 成品零件的精度要求 锻件的材质 模锻设 备 工艺条件 热处理的变形量 校正的难易程度 机械加工的工序等许多因素有关 因 此在确定加工余量时通常要与加工部门协商 为了将锻件的脱碳层和表面的细小裂纹去掉 必须留有一定的加工余量 1 锻件形状复杂程度 锻件形状复杂程度用锻件形状复杂系数 S 表示 它是锻件质量 m 与锻件外廓包容体 质量 m1之比 即 S m m1 锻件形状复杂系数分为 4 级 S1级 简单锻件 0 63 S 1 S2级 一般锻件 0 32 S 0 63 S3级 较复杂锻件 0 16 S 0 32 S4级 复杂锻件 0 S 0 16 薄圆盘或法兰锻件当圆盘厚度和直径之比 t d 0 2 时 采用 S4级 2 锻件的材质 锻件的材质将影响锻件的公差和机械加工余量 锻件的材质的影响用锻件的材质系 数 M 表示 常见金属材料的材质系数见下表 材料种类 塑性 材质系数 铝合金 镁合金 优 M0 低碳 低合金钢 C 0 65 或合金元素总量 3 良 M1 高碳 高合金钢 C 0 65 或合金元素总量 一般 M2 3 不锈钢 耐热钢 高温合金 钛合金 差 M3 3 锻件的公差和机械加工余量与锻件的质量有关 可按零件图基本尺寸估算机械加工 余量 绘制初步锻件图并估算锻件质量 按估算的质量查表确定锻件的公差和机械加工余 量 再修正锻件图 估算锻件质量约为 5 2Kg 外廓包容体体积为 12 05Kg 零件材料为 18CrMnTi 材质 系数为 M1 形状复杂系数为 S m m1 5 22 12 05 0 433 式中 m 锻件质量 m1 锻件外廓包容体质量 即复杂系数为二级 零件加工精度为一般加工精度 锻件在煤气加热炉中加热 查手册可知 水平及高度方向的单边加工余量为 2 0 2 5mm 取 2mm 查下表 内孔单边加工余量为 2mm 锻件内孔直径的机械加工单边余量 孔深 mm孔径 mm 63 63 100 100 140 140 200 200 280 25 2 0 25 40 2 0 2 6 40 63 2 0 2 6 3 0 63 100 2 5 3 0 3 0 4 0 100 160 2 6 3 0 3 4 4 0 4 6 160 250 3 0 3 0 3 4 4 0 4 6 零件尺寸加上加工余量得到锻件尺寸 径向尺寸 48 2X2 44 178 2X2 182 高度尺寸 55 2X2 59 45 2X2 49 30 2X2 34 由锻件尺寸查表可确定锻件各尺寸的公差 8 0714 4 21 0 2591 27 0 2534 3 模锻斜度 外模锻斜度与零件图上一致 取 7 内模锻斜度取 10 4 圆角半径 1 作用 使金属容易充满模膛 起模方便 保证锻件质量 减缓锻模外圆角磨损 延长模具使 用寿命 2 锻件圆角处的最小余量 凸角处有倒角 r 余量 零件的倒角值 凸角处无倒角 r 余量 3 常啮合齿轮的圆角半径 零件内孔有倒角 2X45 故此处的外圆角半径为 r 余量 零件的圆角值 2 0 2 0 4 0mm 图中原有圆角数值不变 其余未注圆角取 r 2 拱底连皮 用于内孔很大 高度很小的锻件 d 15h t4 0 R1 作图决定 R2 5h 压凹 用于孔径 25mm 且厚度较大的锻件 5 冲孔连皮 锻件内孔直径大于 25mm 时要考虑冲孔 若内孔直径小于 25mm 时 一般不冲孔 1 作用 2 分类 平底连皮 用于直径不大的孔 最为常用 连皮厚度 hd6 052 45 0s 过渡圆角 R 1 R 0 1h 2 平底连皮 斜底连皮 斜底连皮 常用于预锻模膛 用于孔径 d 2 5h 或孔径 d 60mm 的锻件 尺寸 1 2 S 0 7S 式中 S 平底连皮的厚度 S 斜底连皮中部厚度 带仓连皮 用于预锻时采用斜底连皮的终锻模膛 仓部能容纳较多的金属 连皮的 尺寸 S1 b 可采用飞边槽的桥部尺寸 连皮桥部厚度 S1 S S 平底连皮的厚度 3 常啮合齿轮的连皮厚度 因常啮合齿轮的内孔 44 60mm 因此采用平底连皮 H 取内孔高度的一半 即 h 24 5 d 44 带入公式 5 6 052 45 0 hdt 因连皮圆角半径应大于内圆角半径 取为 R 10mm 6 技术条件 1 图中未注模锻斜度 7 2 未注圆角半径 R2 3 由参考资料查得 允许的错差量 1 2mm 4 由参考资料查得 允许的残余飞边量 1 2mm 5 锻件的清理方式 清除表面氧化皮的方法有喷砂 抛丸 酸洗 滚筒清理等 6 锻件热处理要求 正火 HB156 207 模锻件常用的热处理方法 常用的热处理 使用场合 使用目的 中间热处理 细化晶粒 获得合适硬度 便于切削加工正火 最终热处理 对零件力学性能要求不高时采用 调质 最终热处理 保证较高的力学性能 常用钢质模锻件正火或调质硬度范围查阅手册中的推荐值 上述各项参数确定后 便可绘制锻件图 三 确定锻件的基本数据 1 锻件在平面图上的最大投影面积为 26015mm2 2 锻件周边长度为 572mm 3 锻件体积为 664970mm3 4 锻件质量为 5 22kg 四 决定设备吨位 针对圆饼类锻件 确定锻锤吨位的经验公式为 kg DDG 01 75 21 05 1 20 式中 G 0 锻锤落下部分质量 kg D 锻件直径 cm 锻件在终锻温度时的变形抗力 MPa 经验推荐值见下表 该公式适用于直径为 60cm 以下的锻件 模锻锤上终锻温度下部分钢材的变形抗力和系数 K 经验推荐值 材料 终锻温度 K MPa 碳素结构钢含碳量 0 25 700 0 9 55 碳素结构钢含碳量 0 25 750 1 0 60 低合金结构钢含碳量 0 25 800 1 0 60 低合金结构钢含碳量 0 25 800 1 15 65 高合金结构钢含碳量 0 25 850 1 25 75 合金工具钢 850 1 25 90 100 由上表查得 60MPa D 18 2cm 带入经验公式 DDG 01 75 21 05 1 20 1 0 005 18 2 1 1 2 18 2 2 0 75 0 001 18 2 2 18 2 60kg 157kg 根据推荐的模锻锤能力选择表推荐 故选用 2 吨模锻锤 五 确定飞边槽尺寸 按照锻件在水平面上的投影面积 A 26015mm2 1 由经验公式确定飞边槽桥部高度 mAh4 6015 05 2 根据经验推荐值确定飞边槽尺寸 h 3 00mm h 1 5mm b 12mm b1 32mm A k 233mm2 六 终锻模膛设计 终锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图 供制造模膛用 热锻件图按照冷锻件图加 收缩率确定 常啮合齿轮考虑收缩率 1 5 模锻斜度和内 外圆角的尺寸与冷锻件图相同 绘制的热锻件图如下 七 确定制坯工步 齿轮类零件一般采用镦粗制坯 镦粗直径 D 镦 的确定需考虑锻件形状 对常啮合齿轮 锻件应满足 D 1 D2 2 D 镦 D 2 式中 D 1 锻件轮缘外径 mm D 镦 镦粗后毛坯直径 mm D2 锻件轮缘内径 mm 带入数值 182 147 2 164 5 D 镦 147 故取 D 镦 160mm 八 确定坯料尺寸 锻件体积 Vd 664970mm3 飞边体积按飞边槽容积的 50 计算 即 V 飞 99700mm3 取氧化烧损率为 2 5 则坯料体积为 V 坯 100 205 664970 99700 783787mm 3 取坯料高径比 n 2 则坯料直径为 md 0 792 830 1n 08 13 坯坯 按标准规格选择坯料直径 d 80mm 下料长度 1564 22 坯坯坯 dL 考虑到下料误差 取 L 坯 159 则坯料尺寸为 80 159mm 九 锻模结构设计 1 模膛布置 镦粗台布置在锻模的左前面 坯料镦粗后距各边缘的距离不小于 10mm 由 于是轴对称锻件 故终锻模膛压力中心就是形心 应与锻模中心重合 2 锁扣尺寸 采用圆形锁扣 锁扣高度 H 36mm 最小宽度不小于 40mm 锁扣侧面间隙为 0 3mm 采用圆形锁扣 锁扣其余尺寸如图所示 3 模块尺寸 按照模膛尺寸 镦粗台尺寸 锁扣宽度 模膛壁厚 承击面等初步算出模 块平面尺寸 按模膛最大深度 2t 锤的最小闭合高度 锻模翻新量等因素决定模块高 度尺寸 由资料查得模块宽度为 500mm 高度为 300mm 长度定为 450mm 承击面约为 970cm2 远大于 2t 锤允许的最小承击面 450 970cm 2 按上述设计计算结果 绘制出锻模如图所示