齒輪鍛造工藝設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書齒輪鍛造工藝設(shè)計(jì)院系名稱工學(xué)院專業(yè)名稱機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名學(xué)生班級(jí)學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師劉 劉萬福2010年 6 月 8 日 摘要：本次課程設(shè)計(jì)說明了齒輪的鍛造工藝，同時(shí)論述了齒輪零件的鍛造工藝設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及諸多綜合性因素的問題，它與所選的制造機(jī)械零件材料的性能、制造的工藝過程、生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)條件、生產(chǎn)批量及經(jīng)濟(jì)性等因素有密不可分的關(guān)系。只有了解了鍛造的工藝要求和熱處理的規(guī)范，以及選擇合適的設(shè)備，才能完成齒輪的鍛造。目 錄一.繪制鍛件圖- 1 -1.確定鍛件形狀- 1 -2.確定加工余量- 1 -3.確定鍛造公差- 1 -4.繪制鍛件圖- 2 -二.確定鍛造工藝- 3 -1.鍛件

2、分類及工序- 3 -2.制定變形工藝方案- 3 -3.確定合適的鍛比- 4 -三.確定毛坯的質(zhì)量和尺寸- 5 -1.毛坯質(zhì)量計(jì)算- 5 -2.毛坯尺寸確定- 6 -四.選定鍛造設(shè)備及噸位- 7 -1.查表選定法- 7 -五.確定鍛造溫度及規(guī)范- 8 -1.確定鍛造溫度范圍- 8 -2.確定加熱規(guī)范及火次- 8 -3.確定冷卻方法- 9 -4.確定冷卻規(guī)范- 9 -5.確定熱處理規(guī)范- 9 -六.設(shè)計(jì)總結(jié)- 10 -致謝- 11 -參考文獻(xiàn)- 12 -工藝卡- 13 -一.繪制鍛件圖繪制鍛件圖是擬定鍛造工藝規(guī)程、選擇工具、指導(dǎo)生產(chǎn)和驗(yàn)收鍛件的主要依據(jù)。它是以機(jī)械零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合自由鍛工藝特點(diǎn)，

3、考慮到機(jī)械加工余量、鍛造公差、工藝余塊、檢驗(yàn)試樣及工藝卡頭等繪制而成。1.確定鍛件形狀為了簡(jiǎn)化鍛件的外形或根據(jù)鍛造工藝需要，零件上某些難以鍛出的凹檔、臺(tái)階、斜面、凸緣和內(nèi)孔等部位添加余塊，以使鍛件形狀簡(jiǎn)單而便于鍛出，加上余塊而不予鍛出塊要根據(jù)零件的形狀、尺寸、鍛造技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效果來確定的。由零件圖可知，齒輪上的齒形、圓周小凹槽、凸肩以及輪輻上8×30mm通孔等部分，采用自由鍛方法很難形成這些部位，因此考慮到技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)性，決定不予鍛出，并采用附加余塊簡(jiǎn)化鍛件外形，以利于鍛造。2.確定加工余量為使零件具有一定的加工尺寸和表面粗糙度，在零件表面需要加工的部分，在鍛件上留一層供作

4、機(jī)械加工用的金屬，稱作機(jī)械加工余量。其大小取決于零件的形狀和尺寸、精度和粗糙度要求等。查表知本零件的加工余量為10±4.。3.確定鍛造公差鍛造公差是指鍛件實(shí)際尺寸和公稱尺寸之間說允許的偏差，其大小根據(jù)鍛件的形狀、尺寸和具體生產(chǎn)條件來確定的。查表知本零件的加工余量為a=10±4、.b=9±3、c=13±5。4.繪制鍛件圖當(dāng)余塊、余量和公差確定后，用雙點(diǎn)畫線畫出零件輪廓形狀，再用粗實(shí)線描繪出鍛件輪廓，鍛件的公稱尺寸和公差標(biāo)注在尺寸線上面，零件公稱尺寸標(biāo)注在尺寸線下面并加上括弧，如下圖。二.確定鍛造工藝1.鍛件分類及工序生產(chǎn)中常見鍛件按其形狀特點(diǎn)，可分為軸桿類

5、、盤狀類、空心類、曲軸類、彎曲類和復(fù)雜形類等。各種類型及形狀零件的鍛造工序，應(yīng)根據(jù)鍛件形狀、尺寸、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量等進(jìn)行選擇，并且先確定鍛件成形所必須的基本工序、輔助工序、修正工序、再選擇所需的工具并確定工序順序和工序尺寸等。齒輪屬于輪盤類，查表知鍛造工序?yàn)椋虹叴只虬伍L及鐓粗、沖孔或芯軸擴(kuò)孔等。2.制定變形工藝方案凸肩齒輪鍛件屬于空心零件，根據(jù)鍛件形狀尺寸，確定在鍛錘上進(jìn)行鍛造，且主要變形工藝為下料、鐓粗、沖孔、沖頭擴(kuò)孔等工序，同時(shí)根據(jù)鍛件上的凸肩形狀，確定采用墊環(huán)輔助局部鐓粗或鐓擠成形。（如下圖）目前這類鍛件一般采用局部鐓粗，而鐓擠成形則適于直徑和高度均較小的凸肩鍛件。由于齒輪內(nèi)徑較大，因

6、此確定采用沖頭沖孔，但考慮到?jīng)_孔擴(kuò)孔時(shí)金屬將會(huì)沿著徑向流動(dòng)，并沿凸肩高度方向產(chǎn)生拉縮現(xiàn)象，因此墊環(huán)鐓粗后的外徑尺寸應(yīng)比鍛件外徑小些，且凸肩高度應(yīng)比鍛件凸肩大些。3.確定合適的鍛比鍛造比是鍛造時(shí)金屬變形程度的一種表示方法。 鍛造比以金屬變形前后的橫斷面積的比值來表示。不同的鍛造工序，鍛造比的計(jì)算方法各不相同。由于鍛造比大小可反映鍛造對(duì)鍛件組織和力學(xué)性能的影響，因此在制訂變形工藝時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)腻懺毂仁鞘种匾?。不同的材料要求選擇不同的鍛造比。碳素結(jié)構(gòu)鋼鍛件 Y=23不銹鋼和耐熱鋼鍛件 Y=46合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件 Y=34高合金工具鋼鍛件 Y=59本課程設(shè)計(jì)已給定鍛造比為Y=1.2三.確定毛坯的質(zhì)量和

7、尺寸1.毛坯質(zhì)量計(jì)算根據(jù)鍛件的形狀和尺寸，可計(jì)算出鍛件的質(zhì)量，再考慮加熱時(shí)的氧化損失、沖孔時(shí)沖掉的料芯以及切頭損失等，則可計(jì)算出鍛件所用坯料的質(zhì)量，其計(jì)算公式如下：m坯=m鍛+m燒+m頭+m芯式中：m坯坯料質(zhì)量m鍛鍛件質(zhì)量m燒加熱時(shí)坯件表面氧化而燒損的質(zhì)量m芯沖孔時(shí)沖掉的金屬質(zhì)量m頭鍛造時(shí)從鍛件端部切去的金屬質(zhì)量；采用鋼錠作坯料時(shí)切掉的鋼錠頭部和尾部質(zhì)量等。本次課程設(shè)計(jì)給定的數(shù)據(jù)為（均選擇鍛造比為1.2、鋼密度為7.8、燒損質(zhì)量為鍛件質(zhì)量的2.0%，料頭質(zhì)量除料頭尾外還包含沖切掉的金屬質(zhì)量）m鍛的計(jì)算可用形體分析法，即按毛坯形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，劃分成幾個(gè)簡(jiǎn)單幾何圖形而分別計(jì)算體積，再按公式m鍛=V

8、總×（材料密度/dm³、V總各部分體積總和dm³）計(jì)算出m鍛，且V總一般等于鍛件毛坯尺寸加上1/2偏差值。m鍛=V鍛× =/4×(3²×0.27+2.11²×²×0.61) ×7.8 =2.26×7.8=17.6沖孔芯料質(zhì)量（取d=60mm，H=65mm）沖孔芯料損耗m芯=K2d²H（d沖孔直徑/dm；H坯料高度/dm）實(shí)心沖頭沖孔K2=1.181.57m芯=（1.181.57）d²H=（1.181.57）60²×650.3坯

9、料的燒損質(zhì)量可有下表查得，煤氣爐加熱時(shí)的燒損率=1.5%2.5%（本次燒損率已給定為2%），考慮到該鍛件需要經(jīng)過23次擴(kuò)孔，而至少加熱2次，因此應(yīng)取單火燒損率的上限值再加上適當(dāng)燒損值，即為=0.035。所以坯料的燒損質(zhì)量為m燒=m鍛=0.035×17.8=0.6根據(jù)公式算得皮料質(zhì)量為 m坯=m鍛+m燒+m芯=18.5鋼料加熱的燒損率加 熱 方 式燒損率/%室 式 燒 爐2.54油 爐23煤 氣 爐1.52.5電 阻 爐11.5接觸感應(yīng)電加熱<0.52.毛坯尺寸確定毛坯尺寸確定與所選鋼坯或 鋼錠有關(guān)，也與所用第一道基本工序有關(guān)。如果選用的鍛造原材料相同，而采用的第一道基本工序不同

10、，則確定坯料尺寸的方法也不同。凸肩齒輪為餅狀類和空心類鍛件，常選用鋼坯并采用鐓粗法鍛造毛坯。為避免鐓粗時(shí)產(chǎn)生彎曲，坯料高度H不得超過其直徑D（或方形邊長A）的2.5倍，亦即坯料高徑比H/D不得超過2.5即1.25D(A)H2.5D(A)對(duì)圓截面坯料D=(0.81.0)(dm)對(duì)方截面坯料A=（0.750.90）（dm）計(jì)算坯料直徑時(shí)，由于采用鐓粗成形，可按下式計(jì)算D=0.9=0.9=0.9dm=1.2002dm=120.02mm查表標(biāo)準(zhǔn)熱軋圓鋼直徑，確定選取坯料直徑D=120mm。坯料長度為L=mm=210 mm從而確定坯料尺寸為120×210mm。 四.選定鍛造設(shè)備及噸位選定鍛造設(shè)

11、備的依據(jù)是鍛件材料、尺寸和質(zhì)量，同時(shí)還要適當(dāng)考慮車間現(xiàn)有設(shè)備條件。若設(shè)備噸位太小，鍛件內(nèi)部鍛不透，生產(chǎn)率也低，反則造成設(shè)備和動(dòng)力浪費(fèi)，且操作不便也不安全，鍛造設(shè)備的選定通常按查表法或經(jīng)驗(yàn)類比法等確定。1.查表選定法凸肩齒輪按照?qǐng)A環(huán)類鍛件的尺寸 D=299±4、H=61±3查下表知，應(yīng)選用0.5t自由鍛錘桿件類型及規(guī)格鍛錘落下部分質(zhì)量/t0.250.50.751235圓餅D/mmH/mm<200<300<250<50<300<100400150500<200600300700300圓環(huán)D/mmH/mm <15060<350

12、75<400<100500<150<600<2001000<2501200300圓筒D/mmd/mmL/mm<150100165<175125200<250>125275<275>125300<300>125350<350>150400700>500550圓軸D/mmG/<80<100<125<200<150<300175<50022575027510003501500方塊H=B/mmG/80<25150<50175<70200100

13、2503503008004501000扁方B/mmH/mm1007<16015<1752020025<400406005070070鋼錠直徑/mm125200250300400450600鋼坯邊長/mm100175225275350400550五.確定鍛造溫度及規(guī)范1.確定鍛造溫度范圍各類合金的鍛造溫度，可根據(jù)鍛件材料性質(zhì)從表中查取。確定鍛造溫度的基本原則，是保證金屬材料在鍛造溫度范圍內(nèi)具有良好的塑性和較低的變形抗力，能鍛出優(yōu)質(zhì)鍛件。并且確定的鍛造溫度范圍較寬，使坯料加熱次數(shù)少，以獲得較高的鍛造生產(chǎn)率。根據(jù)本零件的力學(xué)分析知，材料為40Cr時(shí)比較合適。查表知本零件的鍛造溫度范

14、圍是：始鍛溫度為1200，終鍛溫度為800。2.確定加熱規(guī)范及火次確定加熱過程不同時(shí)期的加熱爐溫、升溫速度和加熱時(shí)間時(shí)，首先考慮鋼材斷面尺寸，其次考慮鋼的成分及有關(guān)性能，如塑性、強(qiáng)度、導(dǎo)熱及膨脹系數(shù)、組織特點(diǎn)和加熱變化，以及坯料原始狀態(tài)。此次課程設(shè)計(jì)所用的材料為40Cr，所以對(duì)于導(dǎo)熱性稍差、直徑為200350mm的中型碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼坯，采用三段式加熱規(guī)范（如上圖），裝料爐溫稍低一些，約在11501200范圍，裝爐后保溫時(shí)間約為整個(gè)加熱時(shí)間的5%10%。然后以最大可能的加熱速度加熱至始鍛溫度，并再次保溫均熱，保溫時(shí)間約為整個(gè)加熱時(shí)間的5%10%。其總時(shí)間可參考下表中經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。鋼 材 種

15、類加熱時(shí)間（h/100 mm）低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼0.660.77高碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼0.951.05碳素工具鋼、合金工具鋼、高合金工具鋼、軸承鋼1.201.40由上述加熱規(guī)范可知，本次鍛造應(yīng)采用煤氣爐三段式加熱，設(shè)定裝料爐溫約1150，裝爐后保溫約為15min，再以最大加熱速度加熱至1200以后，再次保溫均熱約15min后開始鍛造。3.確定冷卻方法鍛件在鍛冷后冷卻時(shí)，按冷卻速度有空冷、坑冷和爐冷等方法?？绽涫菍㈠懠蝹€(gè)或成堆放在車間地面上冷卻，但不能放在潮濕地面、金屬板上或通風(fēng)處冷卻，以免鍛件冷卻不均勻或局部急冷引起裂紋?？永涫菍㈠懠诺铰袢肷白?、石灰或爐渣的地坑或鐵箱中封閉冷卻。一般鍛件

16、入砂溫度不低于500，且其周圍積砂厚度不能少于80mm。鍛件在坑內(nèi)的冷卻速度，可通過不同絕熱材料及不同厚度保溫介質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。爐冷是將鍛件直接裝入爐中，通過控制爐溫按一定冷卻規(guī)范緩慢冷卻，可適于高合金鋼、特殊鋼構(gòu)件及各種大型鍛件的鍛后冷卻。鍛件入爐時(shí)的溫度一般不低于6000650，且裝料時(shí)的爐溫應(yīng)與入爐鍛件溫度相當(dāng)。4.確定冷卻規(guī)范鍛件冷卻規(guī)范的關(guān)鍵是冷卻速度，應(yīng)根據(jù)鋼料的化學(xué)成分、組織特點(diǎn)、原料狀態(tài)和鍛件斷面尺寸等因素確定。通常中小型碳鋼和低合金鋼鍛后均采取冷卻速度較快的空冷。碳素工具鋼、合金工具鋼及軸承鋼等，鍛后先空冷、鼓風(fēng)或噴霧等快速冷到700，然后再把鍛件放入坑中或爐中緩冷。由以上冷卻方

17、法和規(guī)范可知，齒輪在鍛造后，應(yīng)先空冷至700后再進(jìn)行緩冷。5.確定熱處理規(guī)范鍛件常規(guī)熱處理大多是當(dāng)鍛件冷卻到室溫后，再按工藝規(guī)程將鍛件由室溫重新加熱進(jìn)行熱處理。而鍛件余熱熱處理則是在鍛后利用鍛件自身熱量直接進(jìn)行淬火或者正火熱處理。本次課程設(shè)計(jì)用的材料為40Cr，熱處理工藝為淬火溫度850 ±10，油冷；回火溫度520±10，水、油空冷。六.設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多東西。在剛開始進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，我不知道如何下手，拿著指導(dǎo)書對(duì)照著例子，我開始了齒輪的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的時(shí)候遇到的最大的問題是，總是有很多不確定的參數(shù)不知道如何選擇，于是我上網(wǎng)搜索，和同學(xué)討論，向老師詢問，

18、更多是模仿書本上的例子，慢慢我才步入正軌。讓我明白了具體參數(shù)的選擇需要有一定的加工經(jīng)驗(yàn)，需要從實(shí)踐生產(chǎn)中積累起來的，相信以后的生產(chǎn)實(shí)踐中我會(huì)多留心，多積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)通過這次課程設(shè)計(jì)，也讓我發(fā)現(xiàn)了我學(xué)習(xí)過程中有很多不足之處，動(dòng)手能力還有欠缺。今后我一定要多進(jìn)行類似這樣的實(shí)踐，主動(dòng)去學(xué)習(xí)專業(yè)相關(guān)知識(shí)，增加自己的能力和就業(yè)砝碼。致謝本次課程設(shè)計(jì)以接近尾聲，由于初次進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)匱乏，有許多考慮不周全的地方，如果沒有劉老師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的相互討論和幫助，完成設(shè)計(jì)將會(huì)更加困難。首先在這里要感謝劉老師首先我要感謝劉萬福老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因。劉老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神，將使我終生受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹(jǐn)向劉老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在此期