小齿轮锻造工艺设计.docx

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小齿轮锻造工艺设计

小齿轮锻造工艺设计说明书

课程设计题目：

小齿轮

目录

锻造工艺说明书1

一．前言3

二．设计步骤3

1.审查零件图3

2.绘制锻件图4

3参数选择5

3.1工艺参数5

3.2选择数据5

3.3确定方法5

3.4数据处理6

4.锻造工艺6

5.修整锻件8

三．锻造工艺流程卡（见附表）10

四．总结10

五、参考文献：

11

附件：

13

一．前言

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。

本次锻造工艺设计课程设计的是小齿轮，相对于同组同学的设计任务，小齿轮的设计工序内容会比较少，所以我会有更多的时间去完善细节设计，争取做到无瑕疵设计。

该齿轮所选材料为40MnB。

锻造过程中需要将坯料加热到其再结晶温度之上。

钢的开始再结晶温度约为727℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于800℃的是热锻；在300～800℃之间称为温锻或半热锻。

该齿轮生产采用单件小批量生产方式，故对其采用自由锻工艺。

自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法。

自由锻造的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。

制定自由锻的工艺规程包括绘制锻件图、确定变形工步，计算坯料质量和尺寸，选定设备和工具，确定锻造温度和加热范围和加热、冷却及修整处理的方法和规范。

最终完成齿轮设计。

二．设计步骤

1.审查零件图

当收到零件图时，要根据设计要求检查零件图是否存在不合适之处，相对的技术要求能否满足加工要求。

如果存在不合适之处在和老师交流后，作以正确更改。

此小齿轮零件图没有标明齿根高系数，所以不能确定齿根圆半径，通过观察分析确定了合适的齿根圆半径;此外右视图并没有画出，所以我根据上一步算尺的数据，补全了零件图。

2.绘制锻件图

锻件图是锻造生产中不可缺少的工艺技术文件，它是计算坯料、确定变形工艺艺、设计工具盒检验锻件的主要依据。

零件为盘类齿轮零件，因此锻造的目的不是侧重于成形、减少加工余量，而是侧重于提高锻件的力学性能。

结合现代工厂设备、技术力量和加工能力，选用自由手工锻造。

该零件为短齿轮零件，可通过手工自由锻造来完成初步成型。

因锻造而产生的缺陷可以通过锻造后的热处理和切削加工来改善。

锻件图是根据零件图并考虑加工余量、锻造公差和余块等而绘制的。

余块是为了简化锻件形状便于锻造，在加工余量之外又增加了的一部分金属。

齿轮属于带孔盘类锻件，故在绘制齿轮锻件图时根据JB4249.4—86带孔盘类锻件机械加工余量和锻造公差标准确定齿轮的加工余量和锻造公差。

根据齿轮零件图可知齿轮齿顶圆直径为φ156mm，查得其公差为（φ164±3）mm；齿轮的轴孔直径为φ48mm，根据标准查得其锻造公差为（φ36±4）mm；零件图所示凸台仅有5mm的高度，为了简化锻造工艺，故可将齿轮的总宽度视为齿轮齿宽与凸台高度之和90mm，根据标准查得其锻造公差为（98±2）mm。

零件图中的键槽在锻造过程中不予考虑。

齿轮锻件图图1所示。

图一：

锻件图

3参数选择

3.1工艺参数

首先选择工艺余块以简化锻件外形，然后确定加工余量和公差。

3.2选择数据

选择参数应考虑锻件的材料、形状尺寸、现有设备、生产批量等因素。

3.3确定方法

查有关标准进行分析，并与同类件比较，选择的公差余量可依下列条件确定：

（1）锻件数量。

数量多，其值取小些，否则取大些。

（2）锻件材料。

一般材料其值取小些，特殊钢取大些。

（3）表面质量。

原材料的表面质量好，其值取小些，否则取大些。

（4）锻件形状尺寸。

锻件形状简单，长度短，其值取小些，否则取大些。

（5）锻工技术水平。

锻工技术水平高，其值取小些，否则取大些。

（6）工具和设备情况、企业工艺习惯等其它因素。

由于公差余量均由经验而定，在此以《锻压手册》查得的数据为最终参数。

3.4数据处理

对于大型锻件尾数圆整为5或0；中小型锻件按四舍五入原则处理成整数。

4.锻造工艺

工艺的依据是锻件的形状特征、尺寸、技术要求、生产坯料和生产条件等。

确定锻造工艺包括去确定锻件成型必需的基本工序、辅助工序和精整工序，以及完成这些工序所使用的工具，确定公布顺序和工步尺寸。

该齿轮锻造过程中主要采用镦粗、冲孔、扩孔和精整锻件等工步。

为了减小冲孔深度，故将镦粗工步安排在冲孔工步之前。

40MnB为合金钢，且由于该齿轮的锻造工序较少，故只采用一次加热。

锻造的始锻温度定为1200°，终锻温度定为800°。

故该锻件的锻造温度范围为1200°~800°。

坯料采取电热丝炉加热。

通常采用比较法编制工序。

对锻件图与所选坯料进行比较，分析其差异，初步定出基本工序；分析其不足及是否进性和经济性，结合工艺习惯增设工序。

锻造变形步骤为:

4.1下料

料高度H不超过2.5D，为了再截料时便于操作，毛坯高度H不应小于1.25D,即：

4.2墩粗

镦粗使坯料断面增大而高度减小的锻造工序圆形截面坯料的高径比（局部镦粗时为变形部分的高径比）不大于2.5~3；方形截面坯料的高度与较小基边之比不大于3.5~4。

镦粗可以增加金属变形量,改善金属的机械性能，提高内部质量，为下一道工序做准备。

镦粗工序可以有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。

分析齿轮锻件图，确定该齿轮坯锻造采用完全镦粗的方法。

完全镦粗是将坯料竖直放在砧面上，在上砧的锤击下，使坯料产生高度减小，横截面积增大的塑性变形。

该齿轮锻造坯料拟采用热轧圆钢，热轧圆钢的截面直径在计算阶段予以给出。

4.3冲孔

冲孔直径小于450mm时，用实心冲子冲孔；大于450mm时，用空心冲子冲孔；锻件厚度与孔径之比小于0.125的薄锻件，采用垫环上冲孔。

实心冲子冲孔时，坯料直径与孔径之比不应小于2.5~3。

直径小于30mm的的孔一般不冲出。

冲孔之前，通常先将坯料予以镦粗，以减少冲孔深度。

由齿轮锻件图可知，锻件孔直径为36mm>30mm且36mm<450mm，故该齿轮轴孔予以冲出，且采用实心冲子冲孔。

坯料直径与孔径之比为164/36=4.56>2.5~3，满足实心冲子的冲孔要求。

由该齿轮锻件图可知，齿轮坯较厚，故采用双面冲孔法，用冲头在坯料上冲至2/3～3/4深度时，取出冲头，翻转坯料，再用冲头从反面对准位置，冲出孔来。

5.修整锻件

轮锻件更加满足锻件的尺寸和形状，在对齿轮坯冲孔之后需要对其进行修整。

包括摔圆齿轮坯、修整齿轮轴孔等工序。

5.1计算胚料尺寸和质量

料包括两类，一类是钢材和钢坯，用于中小型锻件；一类是钢锭，用于大中型锻件。

该齿轮为单件小批量生产，且采用自由锻工艺，故该齿轮坯料采用热轧圆钢。

坯料质量可按下式计算：

式中，

——坯料重量；

——锻造时从锻件端部切去的质量

——坯料在加热过程中总的损耗量；

——锻件重量

由比重和质量，可算出坯料的体积尺寸时，还需要考虑锻件的锻造比要求和采取的变形方式：

饼块类锻件，通常采用镦粗法锻造，为了避免镦弯和便于操作，坯料的高径比应满足：

因此圆截面坯料的直径可按下式结算

所以，

钢材密度为：

根据锻件图计算锻件的质量：

ρ

式中，

为锻件最大直径；

为锻件孔径

代入数据可得：

计算烧损质量：

式中，

则，

计算冲孔芯料损耗：

式中，

H——为锻件高度；

因为采用实心冲子冲孔，故，

代入数据得：

故，坯料质量为：

代入数据可计算所需热轧圆钢的理论直径：

根据标准GB702—72热轧圆钢直径表，取坯料直径为105mm。

计算可知坯料长度为227cm。

验算高径比：

满足要求。

所以，坯料的直径为105mm，坯料的长度为227cm。

三．锻造工艺流程卡（见附表）

四．总结

对于零件图中的小齿轮的设计，采用上述的加工方法，通过选材，加热，锻造成毛坯件。

为下一步的金属切削工艺设计打下基础，目的是为了提高机械零件即就是出轮的机械特性，满足高强度要求；与此同时锻造工艺也节省了材料，减小了切削量，从而减少切削加工劳动量，减少了成本。

具体如下：

1.下料。

齿轮坯料的材料是40MnB，坯料为热轧圆钢，圆钢的截面直径为105mm，圆钢长度为236mm,。

2，坯料的加热。

由于齿轮锻造工序较少，故只对坯料进行一次加热。

坯料的始锻温度为1200°，坯料的终锻温度定为800°。

钢的再结晶温度为727°，为了坯料在加热过程中其内部晶粒完全转换成奥氏体，故将始锻温度定为800°，高于钢的再结晶温度73°。

第三步，镦粗。

镦粗一方面是为了减小冲孔深度，另一方面是为了改善零件的机械性能。

同时对坯料进行镦粗需要保证两个尺寸，一是锻件的外径，二是锻件的高度。

镦粗过程中直接对坯料进行一次镦粗成型，减少加热次数，增加材料利用率。

第四步，冲孔。

冲孔一方面是为了满足锻件尺寸，另一方面是为了减少齿轮的切削量，简化切削步骤，提高生产率。

第五步，修整锻件。

修整锻件主要是为了使其更加接近零件的形状和尺寸，同时也可以检查锻件是否出现缺陷，比如裂纹等。

第六步，冷却。

采用空冷方式冷却锻件。

五、参考文献：

1、丁德全主编《金属工艺学》机械工业出版社，2010.1

2、邓文英、宋力宏主编

《金属工艺学》（第五版）

高等教育出版社，2008.4

3、张学政，李家枢主编《金属工艺学实习教材》（第三版）高等教

育出版社，2003

4、张万昌主编《工程材料及机械制造基础（Ⅱ）》-《热加工工艺基础》高等教育出版社，1991.5

5、吴宗泽、罗圣国主编《机械设计课程设计手册》（第三版）高等教育出版社，2007.11

附件：

小齿轮锻造工艺卡

零件名称

小齿轮

钢号

40MnB

锻件单个质量

15.468KG

锻件级别

三级

钢锭质量

15.968KG

设备

0.75t空气锤

钢锭利用率

96.8%

锻造比

2.17

每个钢锭制锻件数

1

每个锻件制零件数

1

锻件图

编制

安元卜

校对

张佳康

批准

老师***

火次

温度/℃

工序

操作说明及变形过程简图

设备

工具

备注

1

0

下料

加热

煤气炉

加热钳

227×Φ105

2

800~

1200

墩粗

C41-100空气锤

加热钳

保证相应尺寸

冲孔

C41-100空气锤

冲头

加热钳

冲头直径为36mm，以保证锻件孔尺寸

修整

C41-100空气锤

冲头

加热钳

摔子

保证锻件内孔尺寸为36mm、外径为156mm、高度为98,mm