常啮合齿轮锻件锻模设计案例.docx
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常啮合齿轮锻件锻模设计案例
常啮合齿轮锻件锻模设计案例
一、常啮合齿轮零件图：
零件材料为18CrMnTi
二、制定锻件图
根据零件图制定锻件图
1、确定分型面位置
常啮合齿轮的高径比为H/D=55/178=0.31＜1，属短轴线类锻件，因此取径向分模，根据零件形状，分模面取在最大直径处1/2高度的位置。
2、公差和加工余量
加工余量的确定与锻件形状的复杂程度、成品零件的精度要求，锻件的材质，模锻设备，工艺条件，热处理的变形量，校正的难易程度，机械加工的工序等许多因素有关。
因此在确定加工余量时通常要与加工部门协商。
为了将锻件的脱碳层和表面的细小裂纹去掉，必须留有一定的加工余量。
（1）锻件形状复杂程度：
锻件形状复杂程度用锻件形状复杂系数S表示。
它是锻件质量m与锻件外廓包容体质量m1之比，即S=m/m1，锻件形状复杂系数分为4级：
S1级（简单锻件）
0.63＜S≤1
S2级（一般锻件）
0.32＜S≤0.63
S3级（较复杂锻件）
0.16＜S≤0.32
S4级（复杂锻件）
0＜S≤0.16
薄圆盘或法兰锻件当圆盘厚度和直径之比t/d≤0.2时，采用S4级。
（2）锻件的材质
锻件的材质将影响锻件的公差和机械加工余量，锻件的材质的影响用锻件的材质系数M表示，常见金属材料的材质系数见下表
材料种类
塑性
材质系数
铝合金、镁合金
优
M0
低碳、低合金钢（C＜0.65%，或合金元素总量＜3%）
良
M1
高碳、高合金钢（C≥0.65%，或合金元素总量≥3%）
一般
M2
不锈钢、耐热钢、高温合金、钛合金
差
M3
（3）锻件的公差和机械加工余量与锻件的质量有关，可按零件图基本尺寸估算机械加工余量，绘制初步锻件图并估算锻件质量。
按估算的质量查表确定锻件的公差和机械加工余量，再修正锻件图。
估算锻件质量约为5.2Kg，外廓包容体体积为12.05Kg；零件材料为18CrMnTi，材质系数为M1，形状复杂系数为：
S=m/m1=5.22/12.05=0.433
式中：
m—锻件质量；
m1—锻件外廓包容体质量
即复杂系数为二级；零件加工精度为一般加工精度，锻件在煤气加热炉中加热。
查手册可知，水平及高度方向的单边加工余量为2.0～2.5mm,取2mm；
查下表，内孔单边加工余量为2mm。
锻件内孔直径的机械加工单边余量
孔径/mm
孔深/mm
＜63
63～100
100～140
140～200
200～280
＜25
2.0
-
-
-
-
25～40
2.0
2.6
40～63
2.0
2.6
3.0
63～100
2.5
3.0
3.0
4.0
100～160
2.6
3.0
3.4
4.0
4.6
160～250
3.0
3.0
3.4
4.0
4.6
零件尺寸加上加工余量得到锻件尺寸，径向尺寸：
φ48-2X2→44,φ178+2X2→182，高度尺寸：
55+2X2→59,45+2X2→49，30+2X2→34
由锻件尺寸查表可确定锻件各尺寸的公差：
，
，
、
、
3、模锻斜度
外模锻斜度与零件图上一致，取α=7°，内模锻斜度取β=10°
4、圆角半径：
（1）作用：
使金属容易充满模膛，起模方便，保证锻件质量，减缓锻模外圆角磨损，延长模具使用寿命。
（2）锻件圆角处的最小余量：
凸角处有倒角：
r=余量+零件的倒角值
凸角处无倒角：
r=余量
（3）常啮合齿轮的圆角半径
零件内孔有倒角2X45°，故此处的外圆角半径为r=余量+零件的圆角值=2.0+2.0=4.0mm，图中原有圆角数值不变，其余未注圆角取r=2。
5、冲孔连皮
锻件内孔直径大于25mm时要考虑冲孔，若内孔直径小于25mm时，一般不冲孔。
（1）作用：
（2）分类：
①平底连皮：
用于直径不大的孔，最为常用。
连皮厚度
过渡圆角：
R1=R+0.1h+2
平底连皮斜底连皮
②斜底连皮：
常用于预锻模膛（用于孔径d＞2.5h或孔径d＞60mm）的锻件，
尺寸：
α=1°～2°，S’=0.7S
式中：
S----平底连皮的厚度
S’----斜底连皮中部厚度
③带仓连皮：
用于预锻时采用斜底连皮的终锻模膛，仓部能容纳较多的金属。
连皮的尺寸S1、b可采用飞边槽的桥部尺寸，连皮桥部厚度S1=S，S----平底连皮的厚度。
④拱底连皮
用于内孔很大，高度很小的锻件（d＞15h）
R1—作图决定
R2=5h
⑤压凹：
用于孔径＜25mm且厚度较大的锻件
（3）常啮合齿轮的连皮厚度
因常啮合齿轮的内孔φ44＜60mm，因此采用平底连皮
H取内孔高度的一半，即h=24.5，d=44，带入公式：
因连皮圆角半径应大于内圆角半径，取为R=10mm。
6、技术条件
（1）图中未注模锻斜度7°
（2）未注圆角半径R2
（3）由参考资料查得：
允许的错差量≤1.2mm
（4）由参考资料查得：
允许的残余飞边量≤1.2mm
（5）锻件的清理方式：
清除表面氧化皮的方法有喷砂、抛丸、酸洗、滚筒清理等。
（6）锻件热处理要求：
正火HB156～207
模锻件常用的热处理方法
常用的热处理
使用场合
使用目的
正火
中间热处理
细化晶粒，获得合适硬度，便于切削加工
最终热处理
对零件力学性能要求不高时采用
调质
最终热处理
保证较高的力学性能
常用钢质模锻件正火或调质硬度范围查阅手册中的推荐值。
上述各项参数确定后，便可绘制锻件图
三、确定锻件的基本数据
1、锻件在平面图上的最大投影面积为26015mm2；
2、锻件周边长度为572mm；
3、锻件体积为664970mm3；
4、锻件质量为5.22kg。
四、决定设备吨位
针对圆饼类锻件，确定锻锤吨位的经验公式为：
（kg）
式中：
G0—锻锤落下部分质量，kg；
D—锻件直径，cm；
σ—锻件在终锻温度时的变形抗力，MPa。
经验推荐值见下表。
该公式适用于直径为60cm以下的锻件。
模锻锤上终锻温度下部分钢材的变形抗力和系数K经验推荐值
材料
终锻温度/℃
K
σ/MPa
碳素结构钢含碳量＜0.25%
700
0.9
55
碳素结构钢含碳量＞0.25%
750
1.0
60
低合金结构钢含碳量＜0.25%
800
1.0
60
低合金结构钢含碳量＞0.25%
800
1.15
65
高合金结构钢含碳量＞0.25%
850
1.25
75
合金工具钢
850
1.25
90--100
由上表查得，σ=60MPa；D=18.2cm，带入经验公式
=（1-0.005×18.2）×（1.1+2/18.2）2×（0.75+0.001×18.22）
×18.2×60kg
=157kg
根据推荐的模锻锤能力选择表推荐，故选用2吨模锻锤。
五、确定飞边槽尺寸
按照锻件在水平面上的投影面积A=26015mm2
（1）由经验公式确定飞边槽桥部高度
（2）根据经验推荐值确定飞边槽尺寸：
h=3.00mm，h1=5mm，b=12mm，
b1=32mm，Ak=233mm2
六、终锻模膛设计
终锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图，供制造模膛用。
热锻件图按照冷锻件图加收缩率确定。
常啮合齿轮考虑收缩率1.5%，模锻斜度和内、外圆角的尺寸与冷锻件图相同，绘制的热锻件图如下：
七、确定制坯工步
齿轮类零件一般采用镦粗制坯，镦粗直径D镦的确定需考虑锻件形状，对常啮合齿轮锻件应满足：
（D1+D2）/2＞D镦＞D2
式中：
D1—锻件轮缘外径，mm；
D镦—镦粗后毛坯直径，mm；
D2—锻件轮缘内径，mm；
带入数值:
（182+147）/2=164.5＞D镦＞147，
故取D镦=160mm
八、确定坯料尺寸
锻件体积Vd=664970mm3，飞边体积按飞边槽容积的50%计算，即
V飞=99700mm3
取氧化烧损率为2.5%，则坯料体积为：
V坯=（100%+205%）×（664970+99700）=783787mm3
取坯料高径比n=2，则坯料直径为
按标准规格选择坯料直径d=80mm。
下料长度：
考虑到下料误差，取L坯=159
则坯料尺寸为：
φ80×159mm
九、锻模结构设计
1、模膛布置：
镦粗台布置在锻模的左前面，坯料镦粗后距各边缘的距离不小于10mm。
由于是轴对称锻件，故终锻模膛压力中心就是形心，应与锻模中心重合。
2、锁扣尺寸：
采用圆形锁扣，锁扣高度H=36mm，最小宽度不小于40mm，锁扣侧面间隙为0.3mm。
采用圆形锁扣，锁扣其余尺寸如图所示。
3、模块尺寸：
按照模膛尺寸、镦粗台尺寸、锁扣宽度、模膛壁厚、承击面等初步算出模块平面尺寸；按模膛最大深度、2t锤的最小闭合高度、锻模翻新量等因素决定模块高度尺寸，由资料查得模块宽度为500mm，高度为300mm，长度定为450mm；承击面约为970cm2；远大于2t锤允许的最小承击面（450--970cm2）
按上述设计计算结果，绘制出锻模如图所示。
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