齿轮锻造工艺设计说明书

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齿轮锻造工艺设计说明书

摘要：锻造生产的目的是坯料成型、及控制其内部组织性能达到所需的几何形状，尺寸以及品质的锻件，钢和大多数非铁金属及合金具有不同程度的塑性，均可在冷态或热态下进行塑性加工成型。齿轮的锻造采用的是自由锻工艺。本文主要介绍的是齿轮的自由锻工艺。自由锻是利用压力或冲击力是金属在上下抵铁之间产生塑性变形，从而获得所需锻件形状及尺寸的方法。确定自由锻的工艺成为了自由锻加工的关键。本文着重介绍的就是齿轮的自由锻的工艺流程。

关键词：自由锻、齿轮加工、塑性变形、工艺流程。

目录

一．绪论 (1)

二．总体设计方案 (1)

三．具体的设计方法与步骤 (3)

3.1绘制锻件图 (3)

3.2确定变形工艺 (3)

3.2.1镦粗 (3)

3.2.2冲孔 (4)

3.2.3扩孔 (4)

3.2.4修整锻件 (4)

3.3计算坯料质量和尺寸 (4)

3.4选定设备及规范 (5)

四．工艺流程（工艺卡） (6)

五．结论 (7)

六．致谢 (7)

七．参考文献 (8)

一、绪论

锻造的目的是使坯料成形及控制其内部组织性能达到所需的几何形状，尺寸以及品质的锻件。锻造的基本工艺有自由锻、模锻、板料冲压等，其中自由锻和模锻是热塑性成型，而板料冲压是冷塑性成形，两者的基本原理相同。

锻造件占得比例说明了一个国家生产水平、生产率、材料利用率、生产成本及产品品质在国际竞争中的地位。在新中国成立之前，锻造基本上是手工作坊式的延续，生产效率低，劳动强度大。然而在改革开放之后我国的锻造工艺水平得到了迅猛的发展，从而带动了诸如汽车工业的跨越式发展。但我们还应该清醒的看到我们的锻造工艺水平与欧美发达国家还有一定差距，这更加促使我们努力发展新技术，赶超国际先进水平。

齿轮是现代工业大量使用的零件，本文就是讨论齿轮的自由锻生产。自由锻能进行的工序很多，可分为基本工序、辅助工序、及精整工序三大类。它的基本工序是使金属产生一定程度的塑性变形以达到所需的形状和尺寸的工艺过程，如镦粗，拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转及错移等工序。

二、总体设计方案

1.绘制锻件图

根据零件图的基本图样，结合自由锻工艺特点考虑余块、锻件余量和锻造公差等因素绘制而成。

2.计算坯料质量及尺寸

(1)坯料质量的计算

根据锻件的形状和尺寸，可先计算锻件的质量，再考虑加热时的氧化损失，冲孔时冲掉的芯料以及切头的损失，可先计算锻件所用的坯料的质量，其计算公式为

m坯=m锻+m烧+m头+m芯

(2)坯料尺寸确定

皮料尺寸与所用第一个基本工序有关，由于齿轮是饼块类或空心类锻件，用镦粗工序锻造时，为了避免镦弯，应使坯料高度h不超过直径D的2.5倍，即坯

料高径比h/D不超过2.5。为了在截料时便于操作，毛坯高度h不仅应小于2.5D，即高径比还应大于1.25即

≤

.1≤

25

D

h

D5.2

圆料直径()

≥。

D38.0

dm

V

坯

3.选择锻造工序

齿轮的锻造，根据其横向尺寸大于或近于高度的特点一般以镦粗为主，当锻件有凸肩时，可按凸肩尺寸选垫环镦粗促或局部镦粗。若锻件孔需冲出还需采取冲孔。

4.选定锻造设备

选定锻造设备的依据是锻件材料、尺寸和质量，同时还要适当考虑车间现有设备条件。若设备吨位太小，锻件内部锻不透，生产率也低，反则造成设备和动力的浪费，且操作不便也不安全，通常按经验类比法或查表法等确定。

(1)经验类比法

锻锤吨位可按经验公式计算：

镦粗时锻锤的吨位G=(0.002-0.0003)KS(kg)

(2)查表选定法

对于低碳钢、中碳钢和普通低合金钢的自由锻可查表选定吨位。

5.确定锻造温度及规范

(1)确定锻造温度范围

各类合金钢的锻造温度范围可以从表中查出，基本的原则是确保钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，能够锻造出优质锻件，且较宽的锻造温度范围和较少的加热次数，以及较高的生产率。

(2)确定加热及冷却范围

对于导热性好，直径小于150~200mm的碳素结构钢小件，采用一段加热规范，一般高温装炉，炉温控制在1300℃~1350℃。当坯料加热至始锻温度后，立即出炉锻造。

(3)确定冷却方法及规范

根据要求选择空冷、坑冷或炉冷。中小型碳钢和低合金钢锻后均采取冷却速度较快的空冷方法。碳素工具钢、合金工具钢及轴承钢，锻后先空冷鼓风或喷雾

等快速冷到200℃，然后把锻件放入坑中或炉中缓冷。

三、具体的设计方法与步骤

1.绘制零件图

该零件材料为40Cr，生产批量小，采取自由锻锻造齿轮坯。

齿轮上的齿形，圆周小凹槽，凸肩以及8×φ30mm通孔等部分，采用自由锻方法很难成形这些部位，因此考虑到技术上的可行性和经济性，决定不与锻出，并采用附加余块简化锻件外形，以利于锻造。锻造出齿轮坯后可以进一步进行切削加工，最后成形。

根据零件图的尺寸规格，对照表所列中零件的高度和直径范围，可以查出齿轮锻件加工余量和公差。D=289，h=52，查得的加工余量及公差为锻件水平方向a=10±4，锻件高度方向b=9±3，内孔的双边c=13±5，然后按查得的公差数值，便可绘出凸肩齿轮的锻件图。锻件图另行给出。

2.确定变形工艺

凸肩形齿轮锻件属于空心零件，根据锻件形状尺寸，确定在锻锤上进行锻造，且主要变形工艺为镦粗、冲孔、冲头扩孔等工序，同时根据锻件上的凸肩形状确定采用垫环辅助局部镦粗成型。

目前这类短剑一般采用局部镦粗，而镦挤成形则适于直径和高度均较小的凸肩锻件。由于齿轮内径较大，因此确定采用冲头扩孔，但考虑到冲孔扩孔时金属将会沿着径向流动，并沿着凸肩高度方向产生拉缩现象，因此垫环镦粗后的外径尺寸应比锻件外径小些，且凸肩高度应比锻件凸肩大些。

(1)镦粗

由于锻件带有单面凸肩，需采用垫环镦粗，这里要确定垫环尺寸。

垫环孔腔体积V垫应比锻件凸肩体积V肩大10%—15%（厚壁取小值，薄壁取大值），本例取12%，经计算V肩=753253mm3。则

V垫=(1+12%)V肩=1.12×753253=843643 mm3

考虑到冲孔是会产生拉缩，垫环高度H垫应比凸肩增大15%—30%（厚壁取小值，薄壁取大值），本例取20%。

H垫=1.2H肩=1.2×34=40.8(mm)取40mm。