徐君
摘 要:本文探討扇形齒輪鍛壓件的制作過程,從工藝設(shè)計,模具設(shè)計到試樣制坯,從實體到三維造型,設(shè)計模具到模具制坯,通過對比不同規(guī)格的下料產(chǎn)生出即能保證質(zhì)量又能降低成本的最佳耗材。
關(guān)鍵詞:鍛造;扇形齒輪;模具設(shè)計
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.013
0 引言
扇形齒輪是某紡織機上的關(guān)鍵傳動件,在設(shè)備中起著一定的平衡作用。由于現(xiàn)代設(shè)備對受力齒輪的要求越來越高,既要滿足性能要求,又要減輕重量,這就對加工工藝的性能提出了更高的要求。
在加工方法上常用的有鑄造和鍛造兩種。鑄造即把冶煉好的液體金屬用澆注、壓射等方式注入預(yù)先準(zhǔn)備好的鑄造模型,進而獲得金屬成形物件的加工方式。鍛造即利用鍛壓機向加工件施加壓力,通過塑性變形塑造成符合要求形狀的加工方式。比較而言,鍛件的力學(xué)性能和使用壽命較鑄件性能低,且有不易變形、無裂縫、無砂眼等優(yōu)良性能,因此選用鍛造的方式來完成扇形齒輪的毛坯制造。
本課題以材料20CrMnTi的扇形齒輪鍛造件為例,探索鍛件制造的工藝性,以便提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
1 工藝分析
(1)本研究對象為扇形齒輪的產(chǎn)品實物,如圖1所示,因此應(yīng)先將其轉(zhuǎn)換為三維造型。采用應(yīng)用廣泛、操作容易上手的通用三維CAD繪圖軟件SolidWorks,得到了如圖2所以的扇形齒輪的三維鍛壓造型。由于只討論扇形齒輪鍛壓件的設(shè)計制造,軋齒屬于外包件范疇,得到不含齒的實心鍛件。該鍛件對材質(zhì)的內(nèi)在質(zhì)量要求較高。鍛件的最大尺寸為316mm、厚度為31.5mm,最薄厚度為16.5mm,進行三維建模后,鍛件重量為8.9kg。從圖中可以看出,該件結(jié)構(gòu)相對簡單,外形左右對稱,但鍛件厚度較薄,對鍛造工藝要求較高。鍛件材料具有良好的加工性和低溫沖擊韌性,加工變形微小,有很好的抗疲勞性能??估瓘姸圈襜≥1080MPa,屈服強度σs≥835MPa。
(2)零件形狀的基本特征是扇形加圓筒形件,一般情況下,主要成形方法是沖裁、拉伸、切邊沖孔和彎曲。由于鍛件存在著頂端難充滿的可能性,根據(jù)生產(chǎn)條件,選擇設(shè)備4000T摩擦鍛壓機進行鍛打。在三維建模后的鍛件重量8.9kg的基礎(chǔ)上加料,用于確定下料的重量。由此設(shè)計出一套鍛造工藝,最終確定扇形齒輪鍛壓件的工藝流程為:下料-加熱-制坯-模鍛-切邊-正火-拋丸-探傷-打磨-檢查。
2 模具制造與試樣
2.1 模具制造
根據(jù)扇形齒輪的產(chǎn)品圖設(shè)計出扇形齒輪的毛坯三維造型后,并按照一定的熱收縮比例設(shè)計出扇形齒輪的模具圖,如圖3所示。將所有R角放大,按照產(chǎn)品設(shè)計要求將產(chǎn)品厚度盡量加厚以減小鍛壓機的噸位。模具材料選用5CrNiMo,利用加工中心來制作出模具,如圖4所示。
2.2 試樣步驟
2.2.1 下料
依據(jù)扇形齒輪鍛壓件的工藝分析,選用圓盤鋸或帶鋸床下料,料的直徑90mm,按1.2、1.3和1.4的比例增加材料消耗,因此選用長度擬定3種規(guī)格進行試制,分別為213mm、231mm和250mm。將圓鋼加熱至1150度左右。
2.2.2 制坯
先在坯料上做去氧化皮處理。由于扇形齒輪一頭呈扇形分布,不容易充滿,因此制坯時需將一頭制成圓盤狀,才可盡量打滿??紤]目前的加工工藝,選用1T的空氣錘,將料的前端拍至寬度200mm左右的圓盤。
2.2.3 模鍛
將溫度控制在1050-1150°C左右,由于拍扁過程中溫度下降較多,鍛件厚度較小,溫度過低將導(dǎo)致鍛件的抗變形力增加,進而無法充滿。溫度過低需重新使用天然氣爐或箱式電爐加熱。將毛坯放至模具中進行鍛打,保證型腔充滿。
2.2.4 切邊
將毛坯件取出,在400T油壓機上進行切邊處理。
2.2.5 檢查
鍛件制造好后,檢查有無折疊,有無氧化皮,有無缺料,有問題及時反饋至前道工序繼續(xù)加工,若已符合相關(guān)要求后方可進行后續(xù)批量生產(chǎn)。如圖5所示。
經(jīng)過試制,驗證三種下料規(guī)格的原材料,皆能實現(xiàn)扇形齒輪鍛件的鍛造成形。但是213mm的毛坯料飛邊偏小,且有會導(dǎo)致充型不完整的可能性;250mm長度的規(guī)格雖充型效果好,但是飛邊過多不利于降低成本增加效能,所以為了既有穩(wěn)定的工藝又降低成本,選擇231mm的規(guī)格。
3 存在的問題
在試樣的過程中,由于扇形齒輪中部薄可能造成溫度下降過快,導(dǎo)致所需鍛壓機噸位變大的問題,因此在設(shè)計時適當(dāng)加厚了中部的厚度,考慮到是全加工件,只要超厚不太大也是可以接受的。另外,在打擊的過程中由于存在較大的沖擊力,錘頭的晃動導(dǎo)致有些許錯位的發(fā)生,在后期應(yīng)更好的控制好生產(chǎn)的節(jié)奏,減少不必要的時間耽誤,更應(yīng)避免溫度的流失影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
4 結(jié)論
通過對扇形齒輪整個工藝流程及加工制造的研究,掌握了該類產(chǎn)品鍛件的設(shè)計流程和成形特點,也為后續(xù)類似產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)提供了一點借鑒作用。
參考文獻:
[1]姚軍.機車用傳動齒輪輪轂鍛造工藝與模具設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2018,53(03):108-111.
[2]楊良會,吳永安等.預(yù)防薄壁環(huán)鍛件熱處理變形模具設(shè)計[J].模具工業(yè),2017,43(03):60-62.
[3]吳順達(dá).我國鍛造行業(yè)模具與潤滑現(xiàn)狀及其發(fā)展方向[J].模具工業(yè),2011,37(05):5-11.