直齿圆柱齿轮精锻的生产性实验

2.凹模的浮动与导向

凹模的上下浮动靠装在下模座内的4根弹簧保证。弹簧是根据支承凹模的重量和锻模打靠时所需的压缩量设计选用的。刚度太大会增加锻造力。压缩量不足会使锻模无法打靠，甚至破坏模具。凹模浮动时靠凹模套圈2和模芯15导向。

3.凸模结构与导向

根据若干次物理模拟和生产性实验的经验，在凸模台肩上设计了一种新型飞边槽，其特点是，在常规横向飞边槽的基础上，在正对凹模齿顶处开设一个宽度约为三分之一齿高的环形槽，用以保证锻件齿顶上端的充满。实验表明，若仅有横向飞边槽，由于其阻力不足以充满齿顶上端部，即使出现横向飞边，该处仍不能完全充满。凸模与凹模的定位靠凸模固定板9与凹模套圈2导向。

4.水冷、排气和锻件的顶出

为了提高模具寿命，在凹模中圈和外圈交界处设置了循环冷却水槽。在顶料齿轮8上钻有直径1～1.2mm的排气孔，下模垫板3上开有排气、排水槽，保证精锻时能充分去气、去污，使金属充满齿腔。锻件的顶出机构必需确保摩擦压力机回程时能将精锻件顶离齿形凹模，否则带齿锻件很难取出。

5.模具工作程序

精锻前首先用夹板和夹紧螺栓将定位好的上下模分别夹紧在床身和上滑块，然后调整好顶料装置的顶出行程，接通冷却水，用石墨水剂喷涂上模面，用盐水喷涂凹模面。精锻时，把热坯料置入凹模(靠齿根圆定位)，上模下行，首先进行冲孔挤压并带动浮动凹模下移，最后锻靠使金属完全充满齿腔并形成飞边。由上述精锻工艺和模具结构锻出的直齿圆柱齿轮如图4所示。

图4精锻的齿轮

四、精度分析

精锻齿轮的精度是用来保证传递运动的准确性，传动的平稳性，一定的传动侧隙(齿轮啮合时非工作齿面间应具有的间隙)和载荷分布的均匀性。根据零件图的技术要求，对影响上述4项要求的公法线长度变动进行了检测。测量是在南昌齿轮厂齿轮研究所进行，用公法线千分尺测定公法线长度变动，如图5所示。齿形凹模的精度是在精锻10个锻件后测量的，用铋(含量为99%以上)58%和锡(含量为99.9%以上)42%的低熔点合金浇注出齿形，然后按测定齿轮精度的方法测定。测量结果及其分析如下。

图5公法线长度测定

1.精锻齿轮精度

按图纸技术要求(jb179—83，8gl)查得跨两齿公法线长度(用w齿表示)为w齿＝17.18-0.128-0.285而精锻10件后测出的w为w齿＝17.474mm。显然，精锻的齿轮精度没达到要求。造成此现象的主要原因是，线切割加工时是按w齿＝17.18编程的，所以凹模齿腔的w凹应为w齿与钼丝直径d和两倍放电间隙δ0之和的两倍，即

w凹＝17.18+(d钼+2δ0)×2＝17.18+(0.17+2×0.01)×2＝17.56mm

因此，只要编程时考虑线切割钼丝直径及其工作时的放电间隙等各种因素的影响，就有可能锻出低精度(8级以下)要求的齿轮件。

2.凹模齿形精度

如上所述，锻打前的w凹为17.56mm，经锻打10个锻件后测出的数值为：w10凹＝17.609，故凹模的磨损量为：

δw凹＝w10凹-w凹＝0.048mm

该值说明，此次实验时凹模齿腔的磨损量还过大些。但是，通过更换凹模材料和改变热处理规范有可能使其磨损量大大下降。

3.测定结果分析

由测出的w`齿和w10凹可见，锻齿在跨两齿公法线长度方向的收缩量为：

δ齿＝w10凹-w`齿＝0.135mm

而按钢的收缩率1.2～1.5%，则凹模17.609的收缩量为：

17.609×(1.2～1.5)%＝0.211～0.264mm

但实际上δ齿仅有0.135mm，说明锻打时凹模还有弹性胀大，或锻件顶出凹模后也有弹性回复。

4.对提高凹模精度的建议

由于公法线长度与模数m成正比，即

w＝mcosα.〔π(k－0.5)+2invα〕＋2xmsinα

式中m—被测齿轮的模数，m＝3.5
α—分度圆压力角，α＝20°
z—被测齿轮的齿数，z＝15
x—变位系数数，x＝0.395
k—跨齿数，k＝(z／9+0.5)＝2

所以，改变凹模齿形的模数m?即可得到合格的锻件。m?值可按下式计算：

式中δ`—钢的冷缩率，一般为1.2%～1.5%
δw—公法线长公差
h*a—齿顶圆系数

五、结论

通过生产性实验可得以下结论：

(1)所采用的精锻工艺方案是可行的，所设计的浮动凹模和凸模上的新型飞边结构能保证齿形的完全充满。此时，金属在浮动凹模积极摩擦力作用下先充满下齿腔角部，然后在新型飞边结构作用下完全充满齿腔上角部。

(2)摩擦压力机可以取代高速锤精锻直齿圆柱齿轮，其吨位可按文〔2〕的公式p＝fp＝8σsf进行计算(f为接触面投影面积)。

(3)要采用少无氧化加热。加热温度要严格控制在1100～1150℃范围内，以1100℃为最佳。大于1150℃，金属易氧化，而且由于流动性太好易挤入顶料块与凹模的间隙形成纵向毛刺，既增大了顶出力，又加大模具磨损。小于1100℃，齿部充满效果不好，也增大了精锻力。

(4)用数控线切割加工成本低，只要按本文所提出的方法，编程时考虑钼丝直径、放电间隙和热胀冷缩等因素的影响，改变凹模的模数，就有可能锻出8级精度要求的齿轮。

(5)要适应批量实验和生产的要求，还需要对本模具结构作以下改进：本模具闭合高度过大，既不便装卸和固紧，也降低了打击力，建议将上下模的导向和凹模的浮动机构移到凹模套圈之外，或利用导柱导套导向；摩擦压力机自身所带的杠杆式顶出机构的顶出力太小，建议改为独立的液压顶出以增大顶出力。