齒輪鍛造課程設(shè)計(jì)齒輪鍛造工藝設(shè)計(jì)

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1、 課程設(shè)計(jì)說明書 課程：熱加工工藝課程設(shè)計(jì) 題目：齒輪鍛造工藝設(shè)計(jì) 姓名： 白少輝 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 10機(jī)電一班 學(xué)號(hào)： 100163087 指導(dǎo)老師: 劉萬福 課程完成時(shí)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(nèi)部組織性能達(dá)到所需的幾何形狀、尺寸以及品質(zhì)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(jìn)行塑性加工成型。 鍛造通常分為自由鍛和模鍛。自由鍛一

2、般是在鍛錘或水壓機(jī)上，利用簡(jiǎn)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(shí)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(jī)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(dāng)精確有外形和尺寸，也有相當(dāng)高的生產(chǎn)率，適合大批量生產(chǎn)。 按照鍛造設(shè)備的成形特點(diǎn)，又可以將自由鍛分為手工鍛造、錘上鍛造和水壓機(jī)鍛造，而模鍛分為錘上模鍛、壓力機(jī)模鍛、平鍛機(jī)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

3、較，鍛造的形狀比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)外形復(fù)雜和有內(nèi)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 sta

4、te 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 us

5、e 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 t

6、he 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 pr

7、ess 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 forgi

8、ngs 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(shè)計(jì)方案…………………………………………………………………6 三． 具體的設(shè)計(jì)方法及步驟……………………………………………………7 3.1 繪制鍛件圖…

9、………………………………………………………………7 3.2 確定變形工藝………………………………………………………………7 3.3 計(jì)算坯料及尺寸……………………………………………………………8 3.4 選定設(shè)備及噸位……………………………………………………………8 3.5 確定鍛造溫度范圍…………………………………………………………8 四. 工藝流程…………………………………………………………………………9 五. 結(jié)論………………………………………………………………………………9 六. 致謝………………………………………………………………………………9 七. 參考文獻(xiàn)…………

10、……………………………………………………………10 一、緒論 鍛造是機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)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(jī)在熱態(tài)或冷態(tài)下對(duì)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(shí)可以提高金屬的內(nèi)在性能。經(jīng)過塑性變形而成的車軸、車輪和曲軸等鍛件，內(nèi)部變得密實(shí)、均勻，不僅強(qiáng)度高，而且有韌性，不易發(fā)生斷裂。 鍛造加工的特點(diǎn) （1） 零件的高質(zhì)量 金屬在塑性變形過程中，其內(nèi)部組織得到改善，金屬連續(xù)性好，具有優(yōu)良的力學(xué)性能。這是其他加工方法難以實(shí)現(xiàn)的。 （2） 較

11、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(zhuǎn)移來實(shí)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(jiǎn)單的螺釘?shù)叫螤顝?fù)雜的曲軸，從質(zhì)量不到1g的表針到重量達(dá)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(diǎn)，因此在冶金、有色金屬加工、汽車、拖拉機(jī)、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(yīng)用。 二、總設(shè)計(jì)方案 1.繪制鍛件圖

12、 根據(jù)零件的基本圖樣，結(jié)合自由鍛工藝特點(diǎn)考慮余塊、鍛件質(zhì)量和鍛造公差等因素繪制而成。 2.計(jì)算坯料質(zhì)量及尺寸 （1）根據(jù)鍛件的形狀和尺寸可先計(jì)算鍛件的質(zhì)量，再考慮加熱時(shí)的氧化損失，沖孔時(shí)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(gè)基本工序有關(guān)，由于齒輪是餅狀、空心類鍛件，用鐓粗工序鍛造時(shí)為了避免鐓彎應(yīng)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(diǎn)一般以鐓粗為主，材料有凸肩時(shí)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(shè)備

13、 選定鍛造設(shè)備依據(jù)鍛件尺寸、材料和質(zhì)量，同時(shí)還要適當(dāng)考慮車間現(xiàn)有設(shè)備條件。若設(shè)備噸位太小，鍛件內(nèi)部鍛不透，生產(chǎn)率也低，反則造成設(shè)備和動(dòng)力的浪費(fèi)，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(nèi)具有良好的塑性和較低的變形抗力，能夠鍛造出優(yōu)質(zhì)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(duì)于導(dǎo)熱性好，直徑小于150~200mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼小件，采用一般加熱規(guī)范，一般高溫裝爐，爐溫控制在1300~1350度當(dāng)坯料加熱至始鍛溫度后，立即出爐鍛造。 （

14、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(fēng)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(shè)計(jì)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8XФ30mm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(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)性，決定不與鍛出，并采用附加余塊簡(jiǎn)化鍛件外形，以利于鍛造。鍛造出齒輪坯后可以進(jìn)一步切削加工，最后成形。

15、 根據(jù)零件圖的尺寸規(guī)格，對(duì)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(nèi)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(jìn)行鍛造，且主要變形工藝為鐓粗、沖孔、沖頭擴(kuò)孔等工序，同時(shí)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(nèi)徑較大，因此確定采用沖頭擴(kuò)孔，但考慮到?jīng)_孔擴(kuò)孔時(shí)金屬將會(huì)沿著

16、徑向波動(dòng)，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(yīng)比鍛件外徑小些，且凸肩高度應(yīng)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(yīng)比鍛件凸肩體積V肩大10%--15%，經(jīng)計(jì)算V肩=753253mm3。 則V墊=（1+12%）v肩=1.12x753253=843643mm3 考慮到孔是會(huì)產(chǎn)生接拉縮有，墊環(huán)高度H墊應(yīng)比凸肩增大15%--30%。 所以H墊=1.2H肩=1.2x34=40.8mm取40mm 墊環(huán)內(nèi)徑d墊可根據(jù)體積不便求得，即墊環(huán)內(nèi)壁應(yīng)有斜度7度，上端孔徑定為163mm，下端孔徑定為154mm。為了除去氧

17、化皮在墊環(huán)鐓粗之前應(yīng)進(jìn)行平砧鐓粗，工藝過程如圖。平砧鐓粗后坯料的直徑應(yīng)小于墊環(huán)內(nèi)徑，經(jīng)執(zhí)環(huán)鐓粗后上端法蘭部分直徑應(yīng)小于鍛件最大直徑。 （2）沖孔 沖孔應(yīng)使沖孔芯料損失小，同時(shí)擴(kuò)孔次數(shù)不能太多，沖孔直徑d應(yīng)小于或等于D/3即d沖<=D/3=213/3=71mm，實(shí)際選用d=60mm。 （3）擴(kuò)孔 總擴(kuò)孔量為鍛件孔徑減去沖孔直徑，即（131-60）=71mm，一般每次擴(kuò)孔量為25~30mm,分配各次擴(kuò)孔量為21mm、25mm、25mm。 (4) 修整鍛件 按鍛件圖進(jìn)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.

18、計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸 坯料質(zhì)量等于鍛件質(zhì)量加上芯料質(zhì)量和燒損質(zhì)量，鍛件質(zhì)量按公式計(jì)算為m鍛=v鍛p=π/4（32x0.27+2.112x0.34+1.322x0.61）x7.8=17.8kg 沖孔芯料質(zhì)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σ=2%，考慮到該鍛件需要經(jīng)過2~3次擴(kuò)孔，而至少需要加熱2次，因此應(yīng)取單火燒損率的上限再加上適當(dāng)?shù)臒龘p值，即為σ=0.035，所以坯料的燒損質(zhì)量為 M燒=17.8x0.035kg=0.6kg 所以坯料的質(zhì)量為m坯=m鍛+m燒+m頭+m芯=18.7kg 計(jì)算坯料的直徑時(shí)，由

19、于采用鐓粗成型，可按下式計(jì)算： 查表可知標(biāo)準(zhǔn)熱軋圓鋼直徑D=120mm。坯料長(zhǎng)度為210mm 4.選定設(shè)備及規(guī)范 該鍛件類型屬于圓環(huán)，D=289，H=52，查表可知應(yīng)選用5kN的自由鍛錘。40Cr屬于合金結(jié)構(gòu)鋼，查表可知始鍛溫度為1200℃，終鍛溫度為800℃。因?yàn)樵撳e(cuò)位鍛件是直徑為200~350mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼中型件，采用煤氣爐三段式加熱規(guī)范，裝料爐溫度為1150~1200℃，保溫時(shí)間約為總加熱時(shí)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(zhì)量與尺寸可由鍛件圖算出，為Ф12

20、0x210mm 鐓粗 墊環(huán)局部鐓粗H墊=40mm d墊=164mm 2.沖孔 D沖=60mm 沖頭擴(kuò)孔，分三次擴(kuò)孔，每次擴(kuò)孔量為21mm、25mm、25mm 修整 按鍛件圖進(jìn)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(jié)論 通過對(duì)雙聯(lián)齒輪的工藝設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)說明書的編寫,進(jìn)一步培養(yǎng)了我們分析、總結(jié)和表達(dá)的能力,鞏固、深化了在設(shè)計(jì)中所獲得的知識(shí),讓我們更加貼近于生產(chǎn)實(shí)際,讓我們更加清晰的看到了理論與實(shí)際在設(shè)計(jì)中的差別,通過設(shè)計(jì)使我們能夠綜合、靈活、有條理地應(yīng)用機(jī)械制造方面的知識(shí),熟練掌握

21、機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定,充分表達(dá)自己對(duì)工藝的理解和發(fā)現(xiàn)。 此次課程設(shè)計(jì),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(shí)也培養(yǎng)了我們計(jì)算應(yīng)用的能力,讓我們從機(jī)械基礎(chǔ)到公差配合、從機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)繪圖到機(jī)床設(shè)備應(yīng)用，把機(jī)械制造過程中的各種知識(shí)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(shè)計(jì)，我深刻的領(lǐng)會(huì)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(shè)計(jì)，對(duì)齒輪加工的各個(gè)過程進(jìn)行了深入的研究，這讓我從中學(xué)到了很多，我以后會(huì)更加努力去提高與完善自己的知識(shí)儲(chǔ)備，來面對(duì)以后的工作崗位上遇到的更大挑戰(zhàn)。在這次課程設(shè)計(jì)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(huì)澆灌出成功的鮮花。 七.參考文獻(xiàn) 1.王愛珍主編：《熱加工工藝基礎(chǔ)》北京航空航天大學(xué)出版社 2王愛珍主編：《金屬成形工藝設(shè)計(jì)》北京航空航天大學(xué)出版社 3.程里、程方主編：《鍛工速成與提高》機(jī)械工業(yè)出版社 10