齿轮锻造工艺说明书.docx
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齿轮锻造工艺说明书
编号
课程设计说明书题目齿轮零件铸造工艺及模具设计二级学院资料科学与工程学院
专业资料成形及控制工程
班级
学生姓名廖本洪
指导教师夏华时间19-20周
绪论2
4
44
5
889900
设施吨位确实定0
选择飞边槽0122222
3
61677888
8确立模具资料及热办理的要求..................................................................................................18
1
101
绪论铸造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工机械零件或零件毛坯的方法。
与其余加工方法对比,铸造加工生产率高;锻件的形状,尺寸稳固性好,并拥有最正确的综协力学性能。
锻件的最大优势是韧性高,纤维组织合理,件与件之间性能变化小;锻件的内部质量与加工历史相关,不会被任何一种金属加工工艺超出。
铸造生产依据使用工具和生产工艺的不一样而分为自由锻、模锻和特种锻造。
自由铸造:
一般是指借助简单工具,如锤,砧,型砧,摔子,冲子,垫铁等对铸锭或棒材进行镦粗,拔长,曲折,冲孔,扩孔等方式生产零件毛坯。
加工余量大,生产效率低;锻件力学性能和表面质量受生产操作工人的影响大,不易保证。
这类铸造方法只合适单件及极小批量或大锻件的生产;可是,模锻的制坯工步有时也采纳自由锻。
特种铸造:
有些零件采纳专用设施能够大幅度提升生产率,锻件的各样要求也能够获取很好的保证,特种铸造有必定的限制性,特种铸造机械只好生产某一种类的产品,所以合适于生产批量大的零零件。
模锻:
模锻是指将坯料放入上下模块儿的模膛间,借助锻锤锤头,压力机滑块或液压机活动横梁向下的冲击或压力成形为锻件。
锻模的上下模块分别紧固在锤头和底座上。
模锻件余量小,只要少许的机械加工(有的甚至不加工)。
模锻生产效率高,内部组织平均,件与件之间的性能变化小,形状和尺寸主要靠模具保证,受操作人员的影响小。
铸造应用范围广,几乎全部的运动的受力零件都由铸造成形,大到飞机轮船小到我们生活中的平时用品,铸造是现代工业的重要构成部分,同时也推进现代工业的不停向前发展。
在现代工业生产中,模具是生产各种产品的重要工艺装备,它以其特定的形状经过必定的方式使原资料成形。
采纳模具生产零零件,拥有生产效率高、质量好、成本低、节俭能源和原资料等一系列长处,在铸造、冲压、塑料模制
品等行业中获取了宽泛应用,成为今世工业生产的重要手段和工艺发展方向。
模具工业对公民经济和社会的发展,起着愈来愈重要的作用。
模具工业的快速发展,不停对模具制造提出更高的要求。
世界上一些发达国家,模具制造技术发展特别快速,模具制造的水平限制这模具设计的的发展,同时也限制这整个模具行业的发展。
模具制造水平的高低,已经成为权衡一个国家机械制造水平的重要标记之一。
时至此刻,计算机水平的飞快发展,CAD、CAE已宽泛应用在设计制造中,这就使线切割,电火花等现代加工手段成为现实,基本上使模具设计离开了模具制造水平的限制,同时也模具设计供给了一个广阔的平台。
零件剖析及工艺方案确立零件剖析锻件工艺剖析包含技术和经济两个方面的内容。
在技术方面,依据锻件图纸,主要剖析该模锻件的形状特色、尺寸大小、精度要乞降资料性能等要素能否切合铸造工艺的要求;在经济方面依据锻件的生产批量,剖析产品成本,做到在不影响零件使用的前提下,用最简单最经济的方法生产出来。
一、对锻件的形状精度剖析本次设计工件是圆柱齿轮。
外形复杂度一般,是由杆类件和曲折件特色组成,杆类特色部分和曲折类特色部分红必定的角度,相对复杂的锻件外形就决定了比较复杂的型腔,这对模具制造和模具寿命仍是造成了必定的不利影响。
本锻件精度等级不是特其他高,属半精细级(用于一般锻件和半精锻工艺锻压),但因为锻件的表面面大多数地区铸造成形不需要进一步加工,相对来说要求也比较高。
二、对锻件的经济性剖析所谓经济性,就是以最小的耗资获得最大的经济成效。
在铸造生产中,保证产质量量,达成产品数目、品种计划的前提下,产品的成本越低,说明你设计的模具经济成效越大。
降低制造成本的举措:
1、降低模具花费,是降低成本的有效举措;2、工艺合理化能够降低模具费、节俭加工工时、降低资料花费;3、多个工件同时加工成形,可使模具费、资料费和加工费降低;
4、铸造过程的自动化及高速化,能够降低加工花费和提升资料利用率;5、提升资料利用率,降低资料费。
工艺方案确实定常用的模锻方式有:
曲柄压力机上模锻、螺旋压力机上模锻、锤上模锻。
故在此有三中方案供选择:
一、曲柄压力机上模锻曲柄压力机行程和压力不可以够任意调理,不易进行拔长、滚挤等制坯操作;关于一些主要靠压入方式成形的锻件不得不采纳多模膛模锻,增添了模具和工序;造价比较昂贵,一次性投资大。
长处以下:
1、锻件精度较锤上模锻精度高;2、曲柄上模锻件内部变形深透而平均,流线散布也平均合理,保证了力学性能平均一致;3、曲柄压力机上模锻简单产生大毛边,金属充填上下模差别不大;4、曲柄压力机模锻拥有静压力的特征,金属在模膛内流动较迟缓;二、螺旋压力机上模锻螺旋压力机上模锻不可以进行多型腔铸造,需要时,需要进行独自制坯。
效率比较低,造价比较高。
三、锤上模锻1、工艺灵巧,适应行好,能够生产各种形状复杂的锻件,如盘形件、轴类件等;可单模膛模锻,也能够多模膛模锻;可单件模锻,还能够多件模锻或一料多件连续模锻。
、锤头的行程,打击速度或打击能量均可调理,能实现轻重缓急不一样的打击,因此能够实现镦粗,拔长,滚挤,曲折,卡压,成形,预锻和终锻等各种工步。
3、锤上模锻是靠锤头多次冲击坯料使之成形,因锤头运动速度快,金属流动有惯性,所以充填模膛能力强。
4、模锻件的纤维组织是按锻件轮廓散布的,机械加工后仍基本保持完好,进而提升锻制零件的使用寿命。
此齿轮零件采纳第三种方案模锻即锤上模锻。
2热模锻压力机模锻件设计
表4-1锻件图设计的步骤和原则
序号
步骤
原则
1
确立分模地点
锻件的分模线形状分为:
平直分模线、对称曲折分模线、不
和形状
对称曲折分模线。
优秀的分模面应达到以下要求:
1.保证锻件容
易脱模,一般应以最大投影面作为分模面。
2.
分模面应易于查验
上下模膛的相对位移。
3.分模线应尽可能采纳直线,使锻模加工
简单。
但仇家部尺寸较大且上下不对称的锻件,则易取折线分
模,以保证成形充满。
4.圆饼类锻件的高度小于直径时,应取径
向分模。
5.应保证锻件有合理的金属流线散布。
2
确立锻件公差
各生产厂应依据所用铸造和加热设施的精度,模锻件的形状
和机械加工余
和资料,零件设计对锻件尺寸的要乞降锻件订货、查收所波及的
量
问题等,确立锻件的公差和加工余量。
3
确立
模壁斜度大模锻后锻件易于从模膛中拿出,但模壁斜度越
模锻斜度
大,所需的充模压力也越大。
4
确立锻件的圆
锻件外形和内腔轮廓拐角处的圆角半径对金属流动有很大的
角半径
影响,过小的圆角半径,使金属流动遇到很大的阻力而不易充满
模膛,耗费许多的能量并造成模具相应部位严重磨埙,所以在允
许的状况下应将此类圆角半径加大。
确立分模地点
确立分模面地点最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状同样。
使锻件简单从锻模模膛中拿出,所以锻件的侧表面不得有内凹的形状,并且使模膛的宽度大而深度小。
锻件分模地点应选在拥有最大水平投影尺寸的地点上。
应使飞边能切除洁净,不至产生飞刺。
对金属流线有要求的锻件,应保证锻件有最好的纤维散布。
圆柱齿轮为饼类件锻件,其高径比H/D=50/235=<1,所以取径向分模。
依据零件形状,分模面取为最大直径处的1/2高度地点,分模面以下列图。
依据圆柱齿轮零件图的形状,采纳从轮缘中部直线分模面
确立公差和加工余量
1、估量锻件质量。
由表查出碳钢类密度为g/cm3。
计算锻件体积:
2
2
2
2
2
Vd=π230
50π100
20π60
7034π160
π100
=mm3计算锻件
2
2
2
2
2
质量:
Gd=pVd。
外轮廓包含体积:
Vb
(
230
2
70=
3
。
)
mm
2
外轮廓包含的质量:
Gb
。
因为零件资料为20Cr,即材质系数为M1。
2、锻件复杂系数形状复杂系数SGd/Gb
S==。
依据计算的复杂系数S查下表,为Ⅱ级复杂系数S2,零件加工精度为一般加工精
度,锻件在煤气加热炉中加热。
表4-4
锻件形状复杂程度等级
级别
代号
形状复杂系数值
形状复杂程度
Ⅰ
S1
~1
简单
Ⅱ
S2
~
一般
Ⅲ
S3
~
较复杂
ⅣS4≤复杂
该零件的表面粗拙度为Ra=m,即加工精度为F1级。
依据材质系数M1,形状复杂系数S,由《铸造模具简洁设计手册》表表查得公
差。
查的锤上模锻锻件长度公差为-12.3.7mm,宽度公差为-12..37mm,高度公差为-12..37mm,错差公差为,残留飞边公差为,厚度公差为,孔壁厚度公差为。
长度公差宽度公差高度公差错差公差为残留飞边公差为
模锻斜度
零件图上的技术条件已注明外模斜度ɑ=5°,内模斜度β=7°。
圆角半径
锻件上的圆角可使金属简单充满模膛,起模方便和延伸模具使用寿命。
圆角半径太小会使锻模在热办理或使用中产生裂纹或压塌变形,在锻件上也简单产生折纹。
同时为了加工方便同一锻件圆角的选用要与铣刀相当。
为了使金属易于流动和充满模膛,提升锻件质量并延伸锻模寿命,模锻件上的全部转接处都用圆弧连结。
由已知条件给出R=2
锻件连皮模锻不可以直接锻出透孔,所以,在设计热锻件图时一定在孔内保存一层连皮,而后在切边压力机上冲除掉。
一般状况下,当锻件内孔直径大于30mm时要考虑冲孔连皮。
在这里采纳平底连皮形式,其厚度s按下式确立:
式中d—锻件内孔直径(mm)—锻件内孔深度(mm)
故取连皮s=7mm
因模锻成形过程中金属流动强烈,连皮上的圆角半径R1应比内圆角半径R
大,可依照下式确立:
R1R2
所以R1
2702
连皮厚度s(mm)
7
连皮上圆角半径R1(mm)
11
技术条件
(1)图上未标明的模锻斜度
7o;
(2)图上未标明的圆角半径
R2;
(3)同意的错移量;
(4
)同意的残留毛边量;
(5
)同意的表面缺点深度
;
(6
)锻件热办理:
调质HB230—260;
(7
)锻件表面清理:
为便于检查淬火裂纹
采纳酸洗。
依据余量和公差,绘制冷锻件图。
冷锻件图
计算锻件的主要参数求出锻件的基本数据以下:
(1)
锻件在平面上的投影面积为
2
2
;
(230/2)
mm
(2)
锻件周边长度为230;
(3)
3
锻件体积为mm;
(4)
锻件质量为。
锤用锻模设计
设施公称压力确实定2
依据确立锻锤
吨位的经练公式
G=
2
D,查表
2
D极限强度为60Mp,有锻件图得D=23cm。
得出G=2200.709Kg=
应采纳3吨模锻锤。
选择飞边槽
为防备压力机“闷车”,在热模锻压力机上模锻时,上下锻模不可以直接接触,没有承击面,预锻模槽和终锻模槽的上下空隙即飞边桥部的厚度。
飞边槽增添金属流出模膛的阻力,迫使金属充满模膛,飞边还可容纳剩余金属。
铸造时飞边起缓冲的作用,减弱上模对下模的打击,是模具不易压塌和开裂,飞边
槽的尺寸依照锻件在水平面上的投影面积
3
mm。
h=
3
,Af=233mm
A
查上表7-10,确立飞边槽尺寸:
h
h1
b
b1
r
齿轮锁扣B
3
5
12
32
3
45
故画出飞边槽构造图以下:
终锻模膛设计终锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图,还有飞边槽种类及尺寸,终锻模膛是各样模膛中最重要的模膛,用来达成锻件最后成型,终锻件图按热锻件图加工和查验,所以设计终端形槽须先设计热锻件图。
热锻简图是依照冷锻简图加缩短率绘制。
资料为20Cr,圆柱齿轮考虑缩短率为%,模锻斜度和内外圆角的尺寸按冷锻件图不变。
绘制的热锻件图见下列图。
热模锻件图镦粗台设计镦粗模膛有镦粗台和成形镦粗两种,镦粗圆形件采纳镦粗台。
墩粗有益于金属充满模膛提升锻件使用寿命,还能够防止或减少终锻时残剩的折叠等缺点。
锁扣设计采纳圆形锁扣,由锻锤吨位为t=3,查表得h=35b=45δ=△=1-2α=3°R1=3R2=5热模锻压力机模锻工艺设计确立制坯工步圆饼类模锻件的坯料坯料采纳镦粗制坯,目的是防止终锻时产生折叠,兼有除掉氧化皮的作用。
镦粗直径确实定需考虑锻件的形状,防备轮毂与轮缘间
产生折叠,对常齿啮合轮锻件时应知足
D1
D2
,即
D镦D2
D2
230160mm195mmD镦160mm,取D镦=180mm。
模锻工艺方案为:
坯料→
2镦粗→终锻。
确立坯料尺寸圆柱齿轮锻件为圆饼类锻件,计算毛坯尺寸时,以镦粗变形为依照。
1)坯料体积为:
V坯=(1+k)(V锻+V飞);
式中k---为富饶系数,它综合了模锻件复杂系数,飞边体积和火耗量的影响。
对圆形模锻件,k=~,取%;
V锻---模锻件本体体积;
V坯=(1+)×(+)=mm3
2)坯料直径:
d坯=3V坯/m;m---毛坯高度与直径的比值,取2;
d坯=3V坯/m
实质取d坯=115mm4V坯
3)坯料高度H坯=d2坯;
H坯=
4
1152
考虑到下料偏差取H坯=190mm。
坯料尺寸为115190mm,试锻后再依据实质生产状况合适调整。
4
墩粗后高度H1=
2
180墩粗后坯想到各边的距离取C=15mmC1=10mmC2=20mm边沿圆角R=8mm。
锻模构造设计1)模膛布排
左前面为墩粗台,终锻模膛在模锻中中心地点。
2)模块尺寸关于此圆柱齿轮锻件采纳圆饼状模块。
①承击面:
依据锻锤吨位查表得,3吨锤的最小承击面为700cm2,承击面积为模块在分模平面上的面积减去各型槽,毛边槽,锁扣和钳口所占面积抗压强度校核,一般要求q=F/A q是单位面积蒙受压力(MPa);F是压力机吨位(N); A是模块实质承压面积(mm2); q是许用压力,取300MPa。 q=30000/12830<300Mpa切合要求;②模块宽度B>燕尾宽度B; ③由教材表4-34查得3t锻锤的最小闭合高度Hmin=400mm,最大闭合高度Hmax=650mm;④模块最大质量Gmax上模块最大质量Gmax不得超出锻锤吨位35%,下模块质量 不限;⑤模壁厚度s=(1-2)h>40mm取s=45mm; ⑥模块高度 依据实质状况取终锻下模块 h=240mm,上模块h=240mm。 终锻模块直径 233mm 模块高度 240mm 模锻图⑦查验角b=5mmh=2-5mm综上所述选择的模具尺寸长宽高为410×465×480 3)燕尾槽、键槽和起重孔等尺寸按标准选用,详细数据见表5-2。 表5-2锤锻模燕尾 b/mmh/mmb1/mmd×S(mm ×mm) 3007530×604)导向装置锤上锻模不用用导柱,导套进行导向,一般采纳锁扣。 表13-5蒸汽-空气模锻锤的技术规格 落下部分质量/kg 1000 2000 3000 5000 10000 16000 最大打击能量/J 250000 50000 75000 125000 250000 400000 锤头最大行程/mm 1200 1200 1250 1300 1400 1500 最小闭合高度 220 260 350 400 450 500 (不计燕尾)、mm 导轨间距离/mm 500 600 700 750 1000 1200 锤头高度/mm 450 700 800 1000 1200 2000 锤头前后方向长度 450 700 800 1000 1200 2000 /mm 模座前后方向长度 700 900 1000 1200 14000 2110 /mm 打击频次(次/min)80 70 ---- 60 50 40 蒸绝对压力/Pa (6~8)x1 (6~8)x1 (7~9)x1 (7~9)x1 (7~9)x1 (7~9)x1 汽 05 05 05 05 05 05 同意温度/℃ ----- 200 200 200 200 200 砧座质量/kg 20250 40000 51400 112547 235533 325852 总质量(不计砧座) 11600 17000 26340 43793 75737 96235 /kg 外形尺寸(前后 左2380x13 2960x16 3260x18 2090x37 4400x27 4500x25 右地面高度) 80 70 00 00 00 00 /(mmmmmm) x5051 x5418 x6035 x6560 x7460 x7894 6、冲孔切边模的设计6.1工艺参数确实定1、空隙设计复合模空隙时考虑的要素和简单切边、冲孔模同样,时期仔细在~1、5之间选用。 取切边空隙δ,冲孔空隙δ2=1mm,冲头与顶件器间空隙δ3=3mm,连皮与冲头之间的空隙取5~12mm。 2、冲头相对行程S冲为保证冲孔质量,冲头相对行程S冲一定足够,对H/D<1的锻件,影视冲孔结束时冲头上平面齐平或超出3~5mm。 3、顶出器行程S顶顶出器行程S顶的大小应保证锻件的自由拿出,可依据下式确立顶=S冲+S3+(10~20)=25mm,S2=10mmS3为冲孔后顶出器与锻件之间的空隙,一般取为S3=10mm.复合模高度计算重点及主要零件高度计算模具各部分尺寸详细确立以下: 1、滑块在最低地点时凹模座至模板的距离H1>S顶+10mm2、凹模依据锻件设计,一般H凹的高度取50mm,外径较切边轮廓大80~90mm,取320mm3、凹模座依据凹模及下模座设计和选用4、重头的高度H冲的大小应使冲头上平面较凹模上平面低一段距离S4保证切边时锻件考凹模定位,S4可按下公式选用S4=S2+S/2-h飞/2公式中S2——在5~10中选用飞——飞边桥部高度5、凸模高度H凸,H凸=(H模+S冲)-(H3+H凹+H上)=440+0-150-50-50=190mm 公式中H模——复合模关闭高度H3——下模座及凹模座高度上——上模座高度,取50mm6、拉杆自由长度L1,L1=S滑-S顶=315-25=290mm7、拉杆总长度L,L=H模-H2-(20~40)=440-30-40=370,H2取30mm8、顶出器高度H顶,H顶=H1顶-(H模+H4),H模=30mmH1顶=(H3+H凹+h飞/2)-(S冲+S3)H顶=(30+50)冲孔切边复合模具图 锻前加热锻后冷却及热办理要求确实定 确立加热方式,及铸造温度范围在铸造生产中,金属坯料锻前加热的目的: 提升金属塑性,降低变形抗力,即增添金属的可塑性,进而使金属易于流动成型,并使锻件获取优秀的组织和力学性能。 金属坯料的加热方法,按所采纳的加热源不一样,可分为燃料加热和电加热两大类。 依据锻件的形状,材质和体积,采纳半连续炉加热。 金属的铸造温度范围是指开始铸造温度(始锻温度)和金属铸造温度(终锻温度)之间的一段温度区间。 确立铸造温度的原则是,应能保证金属在铸造温度范围内拥有较高的塑性和较小的变形抗力。 并能使制出的锻件获取所希望的组织和性能。 查相关资料确立锻件的始段锻温度为1200℃,终锻温度为800℃。 确立加热时间加热时间是坯料装炉后从开始加热到出炉所需的时间,包含加热个阶段的升温时间和保温时间。 在半连续炉中加热,加热时间可按下式计算: ;式中D—坯料直径或厚度(cm);—钢化学成分影响系数,取(h/cm)则t=×23=3min确立冷却方式及规范依照冷却速度的不一样,锻件的冷却方法有3种: 在空气中冷却,冷却速度快;在灰沙中冷却,冷却速度较慢;在炉内冷却,冷却速度最慢。 依据本锻件的形状体积大小及铸造温度的影响,选择在空气中冷却。 确立锻后热办理方式及要求锻件在机加工前后均进行热办理,其目的是调整锻件的硬度,以利锻件进行切削加工,除去锻件内应力,细化晶粒等。 依据锻件的含碳量及锻件的形状大小,采纳在连续热办理炉中,调质办理。 可使锻件获取优秀的综协力性能。 确立模具资料及热办理的要求锻模是生产模锻件的必需工具,它的工作资料恶劣,不单蒙受很大的冲击载荷,并且在高温下遇到流动金属的摩擦,同时还遇到频频激冷激热的交变作用。 锤锻模主要蒙受冲击载荷,选择锻模用资料要知足以下要求: ①在工作环境下拥有优秀的综协力学性能;②在工作温度下拥有优秀的组织稳固性; ③要有优秀的抗冷、热疲惫性能,以减缓因冷热交替变化而惹起的疲惫破④应拥有优秀的冶金质量。 当前常用的锤锻模资料有高韧性半耐热模具钢,中等韧性耐热模具钢,耐高温抗磨损模具钢等。 已知设施的规格为3t锤,应采纳的主要资料为5CrNiMo,代用资料为5W2CrSiV,锻模硬度要求为型槽表面HRC值35~39;燕尾部分的HRC值为30~35。 零件的资料为40Cr,资料性能稳固。 该资料的临界温度、热加工及热办理工艺参数可见下表。 表20Cr的临界温度、热加工及热办理工艺参数 临界温度 热加工温度/℃ 退火 正火 Ac1 Ar1 Ms 始锻 硬 硬 牌号 加 温度 冷却 温度 冷却 /℃ 度 /℃ 度 Ac3 Ar3 Mf 热 终锻 方式 方式 HBS HBS 743 782 355 122 1100~1200 825~84 ≤ 850~8 210~ 20Cr 0~1 5 空冷 70 空冷 693 730 -- 240 >800 207 250 模锻工艺流程确立 (1)下料: 5000kN剪切机冷切; (2)加热: 半连续式炉,1220~1240℃;(3)模锻: 3t模锻锤,墩粗,终锻;(4)冷切边: 1600kN切边压力机;(5)打磨毛刺、锐边倒钝: 砂轮机;(6)热办理: 连续热办理炉,调质,硬度为HB210~250;(7)酸
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- 齿轮 锻造 工艺 说明书