齒輪鍛造課程設計齒輪鍛造工藝設計

課程設計說明書課程：熱加工工藝課程設計題目：齒輪鍛造工藝設計姓名： 白少輝專業(yè)：機械設計制造及其自動化班級： 10機電一班學號： 100163087指導老師: 劉萬福課程完成時間：2012.5.18至2010.5.31摘要鍛造生產(chǎn)的主要目的是坯料成型、及控制其內部組織性能達到所需的幾何形狀、尺寸以及品質的鍛件，鋼和大多數(shù)非金屬及合金具有不同程度的塑性，均可在冷態(tài)或熱態(tài)下進行塑性加工成型。鍛造通常分為自由鍛和模鍛。自由鍛一般是在鍛錘或水壓機上，利用簡單的工具將金屬錠或塊料鍛成所需形狀和尺寸的加工方法。自由鍛時不使用專用模具，因而鍛件的尺寸精度低，生產(chǎn)率也不高，主要用于單件、小批量、大鍛件生產(chǎn)或冶金廠的開坯。模鍛是在模鍛錘或熱模鍛壓力機上利用模具來成形。由于金屬的成形受模具控制，因此模鍛件具有相當精確有外形和尺寸，也有相當高的生產(chǎn)率，適合大批量生產(chǎn)。按照鍛造設備的成形特點，又可以將自由鍛分為手工鍛造、錘上鍛造和水壓機鍛造，而模鍛分為錘上模鍛、壓力機模鍛、平鍛機模鍛等。齒輪的鍛造采用自由鍛。自由鍛是利用壓力或沖擊力上金屬在上下低鐵之間產(chǎn)生塑性變形，從而獲得鍛件形狀的方法。但是，與鑄造、焊接等加工方法相比較，鍛造的形狀比較簡單，生產(chǎn)外形復雜和有內腔的零件比較困難。The main purpose of forging production is blank forming, and control the internal organization performance to the required geometric shape, size and quality of forging, steel and most nonmetal and alloy with different degrees of plastic, all can in the cold or hot state under the plastic processing molding. Forging usually divided into free forging and die forging. Free forging is generally in forging hammer or hydraulic press, using simple tool will metal ingot or piece of material into the forging shapes and sizes of processing method. Free forging, never use special die, and the size of the low precision forging, productivity is not high also, mainly used for single piece and small batch, large forgings production or metallurgy plant country.three of. Die forging die forging hammer or is in hot die forging presses use the mold to forming. Because of the metal forming mold control by, so die forging a fairly accurate shape and size have, also have very high productivity, suitable for mass production. According to the characteristics of the forming of forging equipment, and can be divided into manual free forging hammer forging, the hydraulic press forging and forging, and die forging hammer forging, divided into the press forging, flat forging die forging machine, etc. Gear forging the free forging. Free forging is by using pressure or impact on low iron metal in fluctuation between produce plastic deformation, to get the shape of forgings method. But, with the cast, welding, machining methods compare, forging shape is simple, the production and the inner cavity shape complex parts more difficult.目錄一 緒論5二 總設計方案6三 具體的設計方法及步驟73.1 繪制鍛件圖73.2 確定變形工藝73.3 計算坯料及尺寸83.4 選定設備及噸位83.5 確定鍛造溫度范圍8四. 工藝流程9五. 結論9六. 致謝9七. 參考文獻10一、緒論鍛造是機械領域內生產(chǎn)零件或坯料的金屬壓力成形方法。鍛造是用錘或壓力機在熱態(tài)或冷態(tài)下對金屬鍛打呈加壓使金屬發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀的過程。鍛造不僅可以得到一定形狀和尺寸的鍛件，同時可以提高金屬的內在性能。經(jīng)過塑性變形而成的車軸、車輪和曲軸等鍛件，內部變得密實、均勻，不僅強度高，而且有韌性，不易發(fā)生斷裂。鍛造加工的特點（1） 零件的高質量 金屬在塑性變形過程中，其內部組織得到改善，金屬連續(xù)性好，具有優(yōu)良的力學性能。這是其他加工方法難以實現(xiàn)的。 （2） 較高的生產(chǎn)率 生產(chǎn)效率高，適于大量生產(chǎn)。（3） 減少金屬材料的加工損耗 鍛造加工的塑性變形是通過材料的形狀改變和體積轉移來實現(xiàn)的。使用精密鍛造壓力加工，可使鍛壓件的尺寸精度和光潔度接近成品，可以不產(chǎn)生切削，材料利用率高，節(jié)約大量的金屬材料。（4） 適用范圍廣 能加工各種形狀及大小的零件，從形狀簡單的螺釘?shù)叫螤顝碗s的曲軸，從質量不到1g的表針到重量達數(shù)百噸的大軸都可以鍛造。 由于鍛造加工具有以上的特點，因此在冶金、有色金屬加工、汽車、拖拉機、宇航、軍工、儀表、電器和日用五金等工業(yè)部門中得到了越來越廣泛的應用。二、總設計方案1.繪制鍛件圖根據(jù)零件的基本圖樣，結合自由鍛工藝特點考慮余塊、鍛件質量和鍛造公差等因素繪制而成。2.計算坯料質量及尺寸（1）根據(jù)鍛件的形狀和尺寸可先計算鍛件的質量，再考慮加熱時的氧化損失，沖孔時沖掉的芯料以及切頭的損失。M坯=m鍛+m燒+m頭+m芯（2）坯料尺寸的確定 坯料尺寸與所用第一個基本工序有關，由于齒輪是餅狀、空心類鍛件，用鐓粗工序鍛造時為了避免鐓彎應使坯料高度h不超過直徑有2.5倍且大于直徑的1.25倍。3.選擇鍛造工序齒輪的鍛造，根據(jù)其橫向尺寸大于或近于高度的特點一般以鐓粗為主，材料有凸肩時選墊環(huán)鐓粗或局部鐓粗，若鍛件孔需沖出還需采取沖孔。4.選定鍛造設備 選定鍛造設備依據(jù)鍛件尺寸、材料和質量，同時還要適當考慮車間現(xiàn)有設備條件。若設備噸位太小，鍛件內部鍛不透，生產(chǎn)率也低，反則造成設備和動力的浪費，且操作不便也不安全。噸位的選擇可以查表得到。5.確定鍛造溫度及規(guī)范 （1）確定鍛造溫度范圍可以從表中查出，基本的原則是確保鋼在鍛造溫度范圍內具有良好的塑性和較低的變形抗力，能夠鍛造出優(yōu)質鍛件，且較寬的鍛造范圍和較少的加熱次數(shù)以及較高的生產(chǎn)率。（2）確定加熱及冷卻范圍對于導熱性好，直徑小于150200mm的碳素結構鋼小件，采用一般加熱規(guī)范，一般高溫裝爐，爐溫控制在13001350度當坯料加熱至始鍛溫度后，立即出爐鍛造。（3）確定冷卻方法及規(guī)范根據(jù)要求選擇空冷、坑冷或爐冷，中小型碳鋼和低合金鋼鍛后均采用冷卻速度較快的方法、碳素工具鋼、合金工具鋼及軸承鋼，鍛后先空冷鼓風或噴霧等快速冷卻到200攝氏度，然后把鍛件放入坑中或爐中緩冷。(4)切削加工(5)最終熱處理三.具體設計方法及步驟1.繪制零件圖該零件材料為40Cr，生產(chǎn)批量小，采取自由鍛造齒輪坯。 齒輪上的齒形圓周小凹槽，凸肩以及8X30mm通孔等部分，采用自由鍛方法很難成型這些部位，因此考慮到技術上的可行性和經(jīng)濟性，決定不與鍛出，并采用附加余塊簡化鍛件外形，以利于鍛造。鍛造出齒輪坯后可以進一步切削加工，最后成形。 根據(jù)零件圖的尺寸規(guī)格，對照表所列中零件的高度和直徑范圍，可以查出齒輪鍛件加工余量和公差。D=289,h=52,查得的加工余量及公差為鍛件水平方向a=10+-4,鍛件高度方向b=9+-3,內孔的雙邊c=13+-5,然后按查得的公差數(shù)值，便可給出凸肩齒輪的鍛件圖。2.確定變形工藝凸肩形齒輪鍛件屬于空心鍛件，根據(jù)鍛件形狀尺寸，確定在鍛錘上進行鍛造，且主要變形工藝為鐓粗、沖孔、沖頭擴孔等工序，同時根據(jù)鍛件上的凸肩形狀確定采用墊環(huán)輔助局部鐓粗成形。目前這類鍛件一般采用局部鐓粗，而鐓齊成形則適于直徑和高度較小的凸肩鍛件。由于齒輪內徑較大，因此確定采用沖頭擴孔，但考慮到?jīng)_孔擴孔時金屬將會沿著徑向波動，并沿著凸肩高度方向產(chǎn)生拉縮現(xiàn)象，因此墊環(huán)鐓粗后的尺寸應比鍛件外徑小些，且凸肩高度應比鍛件凸肩大些。（1）鐓粗由于鍛件帶有單面凸肩，需采用墊環(huán)鐓粗，這里要確定墊環(huán)尺寸。墊環(huán)孔腔體積V墊應比鍛件凸肩體積V肩大10%-15%，經(jīng)計算V肩=753253mm3。則V墊=（1+12%）v肩=1.12x753253=843643mm3考慮到孔是會產(chǎn)生接拉縮有，墊環(huán)高度H墊應比凸肩增大15%-30%。所以H墊=1.2H肩=1.2x34=40.8mm取40mm 墊環(huán)內徑d墊可根據(jù)體積不便求得，即墊環(huán)內壁應有斜度7度，上端孔徑定為163mm，下端孔徑定為154mm。為了除去氧化皮在墊環(huán)鐓粗之前應進行平砧鐓粗，工藝過程如圖。平砧鐓粗后坯料的直徑應小于墊環(huán)內徑，經(jīng)執(zhí)環(huán)鐓粗后上端法蘭部分直徑應小于鍛件最大直徑。（2）沖孔 沖孔應使沖孔芯料損失小，同時擴孔次數(shù)不能太多，沖孔直徑d應小于或等于D/3即d沖<=D/3=213/3=71mm，實際選用d=60mm。（3）擴孔 總擴孔量為鍛件孔徑減去沖孔直徑，即（131-60）=71mm，一般每次擴孔量為2530mm,分配各次擴孔量為21mm、25mm、25mm。(4) 修整鍛件 按鍛件圖進行修整。（5）切削加工退火后鉆孔，大齒輪滾齒，小齒輪插齒。 （6）最終熱處理齒面高頻淬火 3.計算坯料質量和尺寸坯料質量等于鍛件質量加上芯料質量和燒損質量，鍛件質量按公式計算為m鍛=v鍛p=/4（32x0.27+2.112x0.34+1.322x0.61）x7.8=17.8kg沖孔芯料質量（取d=60mm,H=65mm）為M芯=（1.181.57）d2Xh=0.3kg 坯料在煤氣爐加熱的燒損率=2%，考慮到該鍛件需要經(jīng)過23次擴孔，而至少需要加熱2次，因此應取單火燒損率的上限再加上適當?shù)臒龘p值，即為=0.035，所以坯料的燒損質量為M燒=17.8x0.035kg=0.6kg所以坯料的質量為m坯=m鍛+m燒+m頭+m芯=18.7kg計算坯料的直徑時，由于采用鐓粗成型，可按下式計算：查表可知標準熱軋圓鋼直徑D=120mm。坯料長度為210mm4.選定設備及規(guī)范該鍛件類型屬于圓環(huán)，D=289，H=52，查表可知應選用5kN的自由鍛錘。40Cr屬于合金結構鋼，查表可知始鍛溫度為1200，終鍛溫度為800。因為該錯位鍛件是直徑為200350mm的碳素結構鋼中型件，采用煤氣爐三段式加熱規(guī)范，裝料爐溫度為11501200，保溫時間約為總加熱時間的5%10%，這里保溫為15min，再以最大加熱速度加熱至1200以后，再次保溫均熱約為15min后開始鍛造。四.工藝流程1.下料 坯料質量與尺寸可由鍛件圖算出，為120x210mm 鐓粗 墊環(huán)局部鐓粗H墊=40mm d墊=164mm2.沖孔 D沖=60mm 沖頭擴孔，分三次擴孔，每次擴孔量為21mm、25mm、25mm 修整 按鍛件圖進行修整3.車削加工 退火后鉆孔，大齒輪滾齒，小齒輪插齒4.最終熱處理 齒面高頻淬火五.結論通過對雙聯(lián)齒輪的工藝設計以及設計說明書的編寫,進一步培養(yǎng)了我們分析、總結和表達的能力,鞏固、深化了在設計中所獲得的知識,讓我們更加貼近于生產(chǎn)實際,讓我們更加清晰的看到了理論與實際在設計中的差別,通過設計使我們能夠綜合、靈活、有條理地應用機械制造方面的知識,熟練掌握機械加工工藝規(guī)程的制定,充分表達自己對工藝的理解和發(fā)現(xiàn)。此次課程設計,讓我們受益非淺,不僅培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的邏輯思維能力,更重要的是通過熟悉圓柱齒輪加工工藝與常用裝備,了解了圓柱齒輪齒形加工方法與加工方案,同時也培養(yǎng)了我們計算應用的能力,讓我們從機械基礎到公差配合、從機械制圖、計算機繪圖到機床設備應用，把機械制造過程中的各種知識綜合整理，又有了更高層次的理解和發(fā)現(xiàn)。六.致謝 通過這一次的熱加工課程設計，我深刻的領會到了熱加工在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位。我做的是齒輪的鍛造工藝設計，對齒輪加工的各個過程進行了深入的研究，這讓我從中學到了很多，我以后會更加努力去提高與完善自己的知識儲備，來面對以后的工作崗位上遇到的更大挑戰(zhàn)。在這次課程設計中劉老師給了我很大的幫助再次感謝，更要感謝的是我自己這些天的努力，付出的汗水會澆灌出成功的鮮花。 七.參考文獻1.王愛珍主編：熱加工工藝基礎北京航空航天大學出版社2王愛珍主編：金屬成形工藝設計北京航空航天大學出版社3.程里、程方主編：鍛工速成與提高機械工業(yè)出版社10