齿轮锻造课程设计

1课程设计说明书课程：热加工工艺课程设计题目：齿轮锻造工艺设计姓名：白少辉专业：机械设计制造及其自动化班级：10机电一班学号：100163087指导老师:刘万福课程完成时间：2012.5.18至2010.5.312摘要锻造生产的主要目的是坯料成型、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。锻造通常分为自由锻和模锻。自由锻一般是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭或块料锻成所需形状和尺寸的加工方法。自由锻时不使用专用模具，因而锻件的尺寸精度低，生产率也不高，主要用于单件、小批量、大锻件生产或冶金厂的开坯。模锻是在模锻锤或热模锻压力机上利用模具来成形。由于金属的成形受模具控制，因此模锻件具有相当精确有外形和尺寸，也有相当高的生产率，适合大批量生产。按照锻造设备的成形特点，又可以将自由锻分为手工锻造、锤上锻造和水压机锻造，而模锻分为锤上模锻、压力机模锻、平锻机模锻等。齿轮的锻造采用自由锻。自由锻是利用压力或冲击力上金属在上下低铁之间产生塑性变形，从而获得锻件形状的方法。但是，与铸造、焊接等加工方法相比较，锻造的形状比较简单，生产外形复杂和有内腔的零件比较困难。Themainpurposeofforgingproductionisblankforming,andcontroltheinternalorganizationperformancetotherequiredgeometricshape,sizeandqualityofforging,steelandmostnonmetalandalloywithdifferentdegreesofplastic,allcaninthecoldorhotstateundertheplasticprocessingmolding.Forgingusuallydividedintofreeforginganddieforging.Freeforgingisgenerallyinforginghammerorhydraulicpress,usingsimpletoolwillmetalingotorpieceofmaterialinto3theforgingshapesandsizesofprocessingmethod.Freeforging,neverusespecialdie,andthesizeofthelowprecisionforging,productivityisnothighalso,mainlyusedforsinglepieceandsmallbatch,largeforgingsproductionormetallurgyplantcountry.threeof.Dieforgingdieforginghammerorisinhotdieforgingpressesusethemoldtoforming.Becauseofthemetalformingmoldcontrolby,sodieforgingafairlyaccurateshapeandsizehave,alsohaveveryhighproductivity,suitableformassproduction.Accordingtothecharacteristicsoftheformingofforgingequipment,andcanbedividedintomanualfreeforginghammerforging,thehydraulicpressforgingandforging,anddieforginghammerforging,dividedintothepressforging,flatforgingdieforgingmachine,etc.Gearforgingthefreeforging.Freeforgingisbyusingpressureorimpactonlowironmetalinfluctuationbetweenproduceplasticdeformation,togettheshapeofforgingsmethod.But,withthecast,welding,machiningmethodscompare,forgingshapeissimple,theproductionandtheinnercavityshapecomplexpartsmoredifficult.4目录一．绪论…………………………………………………………………………5二．总设计方案…………………………………………………………………6三．具体的设计方法及步骤……………………………………………………73.1绘制锻件图…………………………………………………………………73.2确定变形工艺………………………………………………………………73.3计算坯料及尺寸……………………………………………………………83.4选定设备及吨位……………………………………………………………83.5确定锻造温度范围…………………………………………………………8四.工艺流程…………………………………………………………………………9五.结论………………………………………………………………………………9六.致谢………………………………………………………………………………9七.参考文献………………………………………………………………………105一、绪论锻造是机械领域内生产零件或坯料的金属压力成形方法。锻造是用锤或压力机在热态或冷态下对金属锻打呈加压使金属发生塑性变形，从而获得所需形状的过程。锻造不仅可以得到一定形状和尺寸的锻件，同时可以提高金属的内在性能。经过塑性变形而成的车轴、车轮和曲轴等锻件，内部变得密实、均匀，不仅强度高，而且有韧性，不易发生断裂。锻造加工的特点（1）零件的高质量金属在塑性变形过程中，其内部组织得到改善，金属连续性好，具有优良的力学性能。这是其他加工方法难以实现的。（2）较高的生产率生产效率高，适于大量生产。（3）减少金属材料的加工损耗锻造加工的塑性变形是通过材料的形状改变和体积转移来实现的。使用精密锻造压力加工，可使锻压件的尺寸精度和光洁度接近成品，可以不产生切削，材料利用率高，节约大量的金属材料。（4）适用范围广能加工各种形状及大小的零件，从形状简单的螺钉到形状复杂的曲轴，从质量不到1g的表针到重量达数百吨的大轴都可以锻造。由于锻造加工具有以上的特点，因此在冶金、有色金属加工、汽车、拖拉机、宇航、军工、仪表、电器和日用五金等工业部门中得到了越来越广泛的应用。二、总设计方案61.绘制锻件图根据零件的基本图样，结合自由锻工艺特点考虑余块、锻件质量和锻造公差等因素绘制而成。2.计算坯料质量及尺寸（1）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。M坯=m锻+m烧+m头+m芯（2）坯料尺寸的确定坯料尺寸与所用第一个基本工序有关，由于齿轮是饼状、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不超过直径有2.5倍且大于直径的1.25倍。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，材料有凸肩时选垫环镦粗或局部镦粗，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依据锻件尺寸、材料和质量，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。吨位的选择可以查表得到。5.确定锻造温度及规范（1）确定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，采用一般加热规范，一般高温装炉，炉温控制在1300~1350度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用冷却速度较快的方法、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7却到200摄氏度，然后把锻件放入坑中或炉中缓冷。(4)切削加工(5)最终热处理三.具体设计方法及步骤1.绘制零件图该零件材料为40Cr，生产批量小，采取自由锻造齿轮坯。齿轮上的齿形圆周小凹槽，凸肩以及8XФ30mm通孔等部分，采用自由锻方法很难成型这些部位，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，便可给出凸肩齿轮的锻件图。2.确定变形工艺凸肩形齿轮锻件属于空心锻件，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形。目前这类锻件一般采用局部镦粗，而镦齐成形则适于直径和高度较小的凸肩锻件。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波动，并沿着凸肩高度方向产生拉缩现象，因此垫环镦粗后的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%，经计算V肩=753253mm3。则V垫=（1+12%）v肩=1.12x753253=843643mm3考虑到孔是会产生接拉缩有，垫环高度H垫应比凸肩增大15%--30%。8所以H垫=1.2H肩=1.2x34=40.8mm取40mm垫环内径d垫可根据体积不便求得，即垫环内壁应有斜度7度，上端孔径定为163mm，下端孔径定为154mm。为了除去氧化皮在垫环镦粗之前应进行平砧镦粗，工艺过程如图。平砧镦粗后坯料的直径应小于垫环内径，经执环镦粗后上端法兰部分直径应小于锻件最大直径。（2）冲孔冲孔应使冲孔芯料损失小，同时扩孔次数不能太多，冲孔直径d应小于或等于D/3即d冲=D/3=213/3=71mm，实际选用d=60mm。（3）扩孔总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径，即（131-60）=71mm，一般每次扩孔量为25~30mm,分配各次扩孔量为21mm、25mm、25mm。(4)修整锻件按锻件图进行修整。（5）切削加工退火后钻孔，大齿轮滚齿，小齿轮插齿。（6）最终热处理齿面高频淬火3.计算坯料质量和尺寸坯料质量等于锻件质量加上芯料质量和烧损质量，锻件质量按公式计算为m锻=v锻p=π/4（32x0.27+2.112x0.34+1.322x0.61）x7.8=17.8kg冲孔芯料质量（取d=60mm,H=65mm）为M芯=（1.181.57）d2Xh=0.3kg坯料在煤气炉加热的烧损率σ=2%，考虑到该锻件需要经过2~3次扩孔，而至少需要加热2次，因此应取单火烧损率的上限再加上适当的烧损值，即为σ=0.035，所以坯料的烧损质量为M烧=17.8x0.035kg=0.6kg所以坯料的质量为m坯=m锻+m烧+m头+m芯=18.7kg计算坯料的直径时，由于采用镦粗成型，可按下式计算：查表可知标准热轧圆钢直径D=120mm。坯料长度为210mm4.选定设备及规范该锻件类型属于圆环，D=289，H=52，查表可知应选用5kN的自由锻锤。40Cr属于合9金结构钢，查表可知始锻温度为1200℃，终锻温度为800℃。因为该错位锻件是直径为200~350mm的碳素结构钢中型件，采用煤气炉三段式加热规范，装料炉温度为1150~1200℃，保温时间约为总加热时间的5%~10%，这里保温为15mi