齒輪軸鍛造課件

1、齒輪軸鍛模課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 一、鍛件圖設(shè)計(jì)（一）零件的繪制以及結(jié)構(gòu)特征分析主動(dòng)齒輪軸是高速重載驅(qū)動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件之一,其強(qiáng)度可靠性將直接影響到機(jī)械裝置的運(yùn)行安全性。采用鍛造進(jìn)行粗加工可使工件獲得良好的流線組織，獲得較高的強(qiáng)度。主動(dòng)齒輪軸結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，關(guān)于中心軸線對(duì)稱，頭部粗大齒輪靠近端部，桿部具有階梯軸特征。（二）鍛件用材料的性能與特點(diǎn)軸類鍛件所用的材料軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一，它主要用來(lái)支承部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并進(jìn)行不同的熱處理規(guī)范，以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。45號(hào)

2、鋼是軸類零件的常用材料，它價(jià)格便宜，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理過(guò)后可得到較好的切削性能，較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度可達(dá)50HRC。（三）鍛造工藝選擇下料加熱制坯模鍛切邊熱處理表面清理最終檢驗(yàn)入庫(kù)（四）冷鍛件圖設(shè)計(jì) 1、鍛件的體積：； 2、鍛件包容體的體積：； 3、鍛件質(zhì)量：； 4、鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)：；查表4-1鍛件材質(zhì)系數(shù)【1】：鍛件所用材料為號(hào)鋼，含碳量為，所以其材質(zhì)系數(shù)為。查表4-2鍛件復(fù)雜系數(shù)S分級(jí)表【2】：得，鍛件形狀復(fù)雜程度等級(jí)為,較復(fù)雜。根據(jù)鍛件質(zhì)量、鍛件形狀復(fù)雜等級(jí)、鍛件相關(guān)尺寸以及零件表面粗糙度查【3】4-3得，加工余量為，軸向尺寸公差,徑向公差ø。（五）熱鍛件

3、圖設(shè)計(jì)熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據(jù)，但有所區(qū)別。首先，熱鍛件圖的尺寸標(biāo)注、高度方向尺寸以分模面為基準(zhǔn)，以便于鍛件機(jī)械加工和準(zhǔn)備檢驗(yàn)樣板。其次，鍛件無(wú)需鍛出孔，則不需要繪制出連皮?？紤]到金屬冷縮現(xiàn)象，熱鍛件圖上的所有尺寸應(yīng)計(jì)入收縮率，按如下公式計(jì)算熱鍛件圖尺寸：式中：熱鍛件尺寸；冷鍛件圖尺寸；終鍛溫度下金屬的收縮率：鋼為，不銹鋼為，鈦合金為，鋁合金為，銅合金為，鎂合金為，鎳基高溫合金為。因?yàn)橹圃忑X輪軸的結(jié)構(gòu)材料為45#，考慮收縮率為繪制熱鍛件圖，即可算出各鍛件圖的尺寸。模鍛斜度度、內(nèi)外圓角半徑的尺寸按冷鍛件不變，繪制的熱鍛件圖如下：（六）鍛件技術(shù)條件1、未注明的模鍛斜度和圓角半徑為；2、未注明的圓角

4、半徑；3、允許的錯(cuò)移量為，毛邊寬度為；4、鍛件最終熱處理為調(diào)質(zhì)處理，硬度要求為；5、表面清理方法為酸洗；6、允許的表面缺陷深度為；二、鍛造工藝的分析與確定（一）根據(jù)零件特征進(jìn)行方案分析齒輪軸鍛件關(guān)于中心軸線對(duì)稱，可以采用上下對(duì)稱的直線分模，齒輪軸鍛件有明顯的頭部和桿部之分，而且頭部的直徑與桿部的直徑相差兩倍，粗略估計(jì)對(duì)加熱毛坯需要采用拔長(zhǎng)制坯加滾擠制坯，最后進(jìn)行終鍛成型以及切邊工序。（二）鍛件的變形工步確定軸類鍛件制坯一般要采用拔長(zhǎng)、滾擠、彎曲、卡壓、成形等工步，有時(shí)還采用預(yù)鍛和切斷工步。軸類鍛件制坯工步是根據(jù)鍛件想軸向橫截面積變化的特點(diǎn)。是胚料在終鍛前金屬體積分布與鍛件要求相一致來(lái)確定的。其

5、中拔長(zhǎng)、滾擠、卡壓三種制坯工步可用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法，即以計(jì)算毛坯為基礎(chǔ)，參照經(jīng)驗(yàn)圖表明資料及具體生產(chǎn)情況加以確定。1、繪制計(jì)算毛坯圖根據(jù)齒輪軸的形狀特點(diǎn)，選取9個(gè)截面，分別計(jì)算列與齒輪軸計(jì)算毛坯的計(jì)算數(shù)據(jù)表中，并繪制出齒輪軸的截面圖和直徑圖（如下）。為設(shè)計(jì)滾擠型槽方便，計(jì)算毛坯圖按照熱鍛件尺寸計(jì)算。截面號(hào)11294220151438.9151438.91.142.823513220373361.1433065.81.0569.138087220830791.2484069.61.0573.143513220373361.1407063.21.0566.451294220151438.9216546.

6、51.151.261134220135436.8110033.21.136.571052220127235.7110033.21.136.58804220102432.0110033.21.136.5963322085329.285329.21.1533.6表1齒輪軸計(jì)算毛坯的計(jì)算數(shù)據(jù) 計(jì)算毛坯計(jì)算毛坯簡(jiǎn)化：；2、計(jì)算繁重系數(shù) 長(zhǎng)軸類鍛件終鍛前，需要將等截面的原材料預(yù)制成計(jì)算毛坯的形狀，因而要采用適合的制坯工步，如拔長(zhǎng)、滾擠、卡壓等，以便將桿部多余的金屬轉(zhuǎn)移到頭部。轉(zhuǎn)移金屬量的多少與下列繁重系數(shù)有關(guān)：；3制坯工步選擇圖4-53長(zhǎng)軸類鍛件制坯工步選用范圍表 根據(jù)繁重系數(shù)數(shù)值，從圖4-53長(zhǎng)軸類鍛

7、件制坯工步選用范圍表查得，此鍛件應(yīng)該采用拔長(zhǎng)、滾擠制坯工步。為了易于充滿型槽，應(yīng)該選擇棒料作為坯料，先拔長(zhǎng)，再開式滾擠。模鍛工藝方案為拔長(zhǎng)開式滾擠終鍛。（三）坯料尺寸的計(jì)算 1、所需坯料截面積： ；根據(jù)原材料規(guī)格，實(shí)際取。2、坯料長(zhǎng)度：燒損率取，則 ；（四）設(shè)備噸位計(jì)算總變形面積為鍛件在平面圖上的投影面積之和，參考表4-14，假定毛邊橋部寬度為，總面積為：按照雙作用模鍛錘噸位確定的經(jīng)驗(yàn)公式確定鍛錘噸位，因主動(dòng)齒輪軸為大批量生產(chǎn)，需要提高生產(chǎn)率，取較大的系數(shù)6.3，取k=1.0,于是（五）設(shè)備類型及噸位選定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式所得的結(jié)果，選用1t雙作用模鍛錘。三、鍛造模具設(shè)計(jì)（一）分型面的確定 根據(jù)齒輪

8、軸的形狀，關(guān)于中心軸線對(duì)稱，所以采用上下對(duì)稱的直線分模。終鍛型槽設(shè)計(jì),依據(jù)熱鍛件圖設(shè)計(jì)終鍛型槽，終鍛型槽圖如下所示： （二）毛邊槽設(shè)計(jì)開式模鍛的終鍛型槽周邊必須設(shè)計(jì)毛邊槽，期形式和尺寸對(duì)鍛件質(zhì)量影響很大?，F(xiàn)選取使用最廣泛的一種，期優(yōu)點(diǎn)是橋部設(shè)在上模塊，與坯料接觸時(shí)間短，吸收熱量少，因而溫升少，能減輕橋部磨損或避免壓塌。毛邊槽的具體尺寸按照噸位法確定，即根據(jù)鍛錘的噸位大小來(lái)選定。噸位法是從實(shí)際生產(chǎn)中總結(jié)出來(lái)的，應(yīng)用簡(jiǎn)便，但是未考慮鍛件形狀復(fù)雜程度，因而準(zhǔn)確性差。根據(jù)表414,選用相應(yīng)的毛邊槽尺寸，圖如下所示：（三）鉗口設(shè)計(jì)終鍛型槽和預(yù)鍛型槽前端留下的凹腔叫作鉗口。鉗口的主要作用是用來(lái)容納夾持坯料

9、的夾鉗和便與從型槽中取出鍛件；另一作用是作為教主檢驗(yàn)用的鉛或金屬鹽樣件的澆口。鉗口與型槽間的溝槽叫做鉗口頸，其作用是增強(qiáng)鍛件與鉗夾頭鏈接的剛度，便于鍛件出模；同時(shí)也是澆鉛水或金屬鹽溶液的澆道。為制造方便，現(xiàn)選用常用鉗口形式。鉗口尺寸根據(jù)鉗夾頭直徑選定，而鉗口頸尺寸按鍛件質(zhì)量選擇，分別查表4-16和表4-17。查得:B=120，h=55,R0=15。鉗口設(shè)計(jì)圖如下所示：（四）制坯型槽的設(shè)計(jì) 各種制坯工步都要通過(guò)相應(yīng)的型槽完成。因此，確定了模鍛工序的方案后，另一個(gè)重要任務(wù)就是設(shè)計(jì)制坯型槽。1、拔長(zhǎng)型槽設(shè)計(jì)拔長(zhǎng)型槽的主要作用是使坯料局部截面積減小，長(zhǎng)度增加，若是第一道變形工步，還兼有清除氧化皮的作用

10、。拔長(zhǎng)型槽位置設(shè)置在模塊邊緣，由坎部、倉(cāng)部和鉗口三部分組成。依據(jù)條件，選用開式拔長(zhǎng)型槽，其拔長(zhǎng)型槽截面呈矩形，邊緣敞開，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但拔長(zhǎng)效率較低。拔長(zhǎng)型槽設(shè)計(jì)步驟如下：（1）拔長(zhǎng)坎高度：；（2）拔長(zhǎng)坎長(zhǎng)度：；（3）圓角半徑：；（4）型槽寬度：；（5）倉(cāng)部深度：；（6）拔長(zhǎng)型槽長(zhǎng)度：；2、滾擠型槽設(shè)計(jì)滾擠型槽用來(lái)減少毛坯局部截面積，增大另一部分的橫截面積，使坯料沿軸向體積分配符合計(jì)算毛坯要求，它對(duì)毛坯有少量的拔長(zhǎng)作用，兼有滾光和去除氧化皮的功能。滾擠型槽可認(rèn)為是由鉗口、本體、毛刺槽三部分組成的，鉗口用來(lái)容納并卡細(xì)坯料，毛刺槽是用來(lái)容納滾擠時(shí)產(chǎn)生的端部毛刺，本體使坯料變形。同拔長(zhǎng)型槽一樣

11、，滾擠型槽也是以計(jì)算毛坯為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，主要是確定型槽高度，寬度及其他一些有關(guān)尺寸。根據(jù)計(jì)算毛坯，采取開式滾擠制坯，這種形式的型槽截面為矩形，側(cè)面沿模具邊緣分模線開通。滾擠時(shí)金屬橫向?qū)挾容^大，故聚料效率低，適用截面變化不大的軸類鍛件，制模簡(jiǎn)單，占用模塊面積較少。滾擠型槽設(shè)計(jì)如下：（1）型槽高度：按照公式 計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列于表1中，按照各截面的高度繪制出滾擠型槽縱剖面外形，然后用圓弧或直線光滑連接，并適當(dāng)簡(jiǎn)化。（2）型槽寬度：按照公式（3）滾擠型槽長(zhǎng)度：滾擠型槽長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)熱鍛件圖尺寸確定，因滾擠后無(wú)需進(jìn)行彎曲工步制坯，滾擠型槽的長(zhǎng)度等于計(jì)算毛坯圖的長(zhǎng)度。（4）鉗口與毛刺槽尺寸：；（五）模鍛型槽

12、布排模鍛一種鍛件，往往要采用多個(gè)工步來(lái)完成。因此，鍛模分模面上的型槽布置要根據(jù)型槽槽數(shù)、各型槽的作用以及操作是否方便來(lái)確定，原則上應(yīng)使型槽中心與理論上的打擊中心重合，以便使錘擊力與短劍的反作用力處于同一垂直線上，從而減小錘桿承受的偏心力矩，有利于延長(zhǎng)錘桿使用壽命，減小導(dǎo)軌的磨損和模塊燕尾的偏心載荷，在保證應(yīng)有的打擊能量和模鍛具有足夠強(qiáng)度的前提下，應(yīng)該盡量減小模塊尺寸，這樣，模具壽命長(zhǎng)，鍛件精度高。根據(jù)采用的工步，需設(shè)有兩個(gè)制坯型槽，這時(shí)將第一道制坯工步安排在吹風(fēng)管的對(duì)面，以避免氧化皮脫落到終鍛型槽里。布排型槽應(yīng)以終鍛型槽為中心，左右對(duì)稱布排，盡可能使型槽中心與打擊中心重合。型槽布排如下圖所示：

13、（六）承擊面校核及模塊尺寸確定1、承擊面根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，查表4-29得，的模鍛錘必須配以的承擊面積。2、模塊寬度為保證鍛模不與錘的導(dǎo)軌相碰，模塊最大寬度應(yīng)該保證模塊邊緣與導(dǎo)軌間留有單邊距離大于。模塊的最小寬度至少超出燕尾槽每邊。3、模塊高度鍛模高度應(yīng)根據(jù)型槽最大深度和鍛錘最小閉合高度確定，根據(jù)所選用鍛錘的噸位，查表4-30得，模塊最小高度為，模塊最大高度為。這時(shí)由于上下模塊的最小閉合高度應(yīng)不小于鍛錘允許的最小閉合高度。考慮到鍛模翻修的需要，通常鍛?？偢叨仁清戝N最小閉合高度的倍，若太小，上下模合不攏，鍛件打不靠；若太大，將縮短錘頭行程，降低打擊能量。綜上：4、模塊質(zhì)量為保證錘頭運(yùn)動(dòng)性能，上下模質(zhì)量

14、應(yīng)有所限制，最大質(zhì)量不得超過(guò)鍛錘噸位的，根據(jù)所選鍛錘噸位，鍛模質(zhì)量不應(yīng)超過(guò)。5、鍛模檢驗(yàn)角鍛模上兩個(gè)加工側(cè)面所構(gòu)成的的角稱之為檢驗(yàn)角，這兩個(gè)側(cè)面帶一般刨進(jìn)深度為，高度為。檢驗(yàn)角的作用是為了鍛模安裝調(diào)整時(shí)，檢驗(yàn)上下模型槽對(duì)準(zhǔn)的情況以及作為鍛模機(jī)械加工時(shí)劃線的基準(zhǔn)面。6、型槽壁厚根據(jù)圖4-107確定型槽壁厚曲線圖，確定相應(yīng)的壁厚為。7、錘鍛模燕尾和鍵槽的尺寸燕尾式緊固鍛模的重要部位，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，查表4-33得，；所設(shè)計(jì)的燕尾如下所示：（七）模具材料的確定錘鍛模主要承受沖擊載荷，選擇錘鍛模用的材料應(yīng)滿足良好的綜合機(jī)械性能，工作溫度下良好的組織穩(wěn)定性，良好的抗冷、熱疲勞性能，良好的冶金質(zhì)量。綜合各方面因素，選用常用的模具鋼5CrNiMo作為模具材料。（八）鍛模技術(shù)條件 采用數(shù)控銑削加工。（9） 鍛模圖設(shè)計(jì)詳見4號(hào)圖紙。（十）課設(shè)