直齿圆柱齿轮精锻的生产性实验

一、引言

直齿圆柱齿轮精锻生产性实验的目的在于了解物理模拟和理论分析结果是否适用于生产实践，并对工艺方案、模具结构、加热设备和锻压设备作进一步验证。例如，50年代我国曾用高速锤精锻直齿圆柱齿轮，打击速度达18～21m／s，由于冲击力大而且回程慢、闷模时间长，造成模具软化，模具寿命大大降低，因而没有得到推广应用。现在，我们提出在常规的摩擦压力机上精锻，其打击速度只有0.06～1.2m／s，这就需要通过生产性实验来了解是否能在一定条件下(指加热温度和模具结构等)使金属充满大厚度齿腔完成直齿圆柱齿轮的精锻。本文阐述作者在生产性实验中所采用的精锻工艺(包括加热和锻压设备选择)、模具结构和模具与锻件的精度，并总结出生产性实验的经验，为今后继续进行大厚度直齿圆柱齿轮精锻工艺研究和小批量试生产提供实验依据。

二、生产性实验中采用的精锻工艺

以图1所示厚度达26.5mm的拖拉机减速小齿轮(参数如表1所示)为对象，采用文献［1］模拟实验中所提出的一步冲挤成形工艺方案进行精锻。

图1减速小齿轮零件图

表1齿轮参数

法向模数m3.5齿全高(mm)h7.875齿数z15径向变位系数x0.395齿形角(°)α20齿厚(mm)s6.504分度圆直径(mm)d52.5跨2齿公法线长度(mm)w17.18齿顶圆系数ha*1齿隙系数c*0.25精度等级jb179-838gl齿顶高(mm)ha4.883基圆直径(mm)db49.334

 

1.锻件图

由于采用精锻工艺要求齿面不再机加工，因此锻件的齿形按零件图设计，即齿顶圆、分度圆和齿根圆与零件图相应尺寸一致，所设计的锻件图如图2所示，图中括号内尺寸是考虑了钢的冷收缩率1.2%后的热锻件尺寸。锻件高度取为28+0.1是考虑了毛边厚1mm和下齿部端面的机加工余量0.5mm。零件图中的花键孔不锻出。冲孔连皮厚度取5mm，直径取φ22～φ26，拔模斜度为1°30′。锻件图中齿顶处的凸起是为保证上齿顶的完全充满而设计的。

图2锻件图

2.坯料

用φ50的25crmntib钢棒料在c615车床上车成φ45×38的圆柱坯料。

3.加热

坯料在感应加热炉内加热到1100-1150℃后顶出(中频感应加热炉，2500hz，160kw，配气动推杆)。由于加热时间短(在感应器内时间约1.5min，在高温区时间不到60s)，所以基本上无氧化皮。

4.精锻设备

选用摩擦压力机，其吨位选择按文献［2］意见计算，即单位压力p=8σs。参考文献［3］，25crmnti钢在1100℃和应变速率2～10/s下的屈服应力约为100kn/mm2，故p≌800kn/mm2。设终锻时锻件的投影面积为πr2(取r＝31mm)，则所需的压力机吨位约为

p＝πr2.p＝3019×800＝2400kn

因此，可以选用300t双盘式摩擦压力机精锻。实验时，将加热坯料置于固定在压力机上的精锻模内经1～2次打击成形，然后由摩擦压力机的下顶杆把锻件顶出。

5.模具润滑和锻后处理

凹模用盐水润滑和冷却以减少污染和适当加大凹模齿腔对锻坯所施加的向下的摩擦力。锻好的精锻齿轮取出后迅速埋进砂内冷却，以免齿部变形和齿面氧化。

三、精锻模结构

直齿圆柱齿轮精锻模是采用带有水冷装置的组合式浮动凹模结构，如图3所示。

图3直齿圆柱齿轮精锻模

1.组合式凹模

组合式凹模由三个预应力圈组成。带齿腔的内圈是保证齿形精度的主要零件，要求高精度、高强度，在设计中选用w18cr4v钢，热处理硬度为hrc58～62。凹模齿形用数控线切割加工，钼丝直径为0.17mm。为节省材料和加工工时，将切割凹模齿形的余料作为顶料齿轮使用。两层预应力圈5和6对齿形凹模7施加径向和切向压应力，以便与精锻时所引起的切向和径向拉应力相抵消。本模具采用内预紧圈6的预紧量为齿形凹模外径的0.5%～0.55%，外预紧圈的预紧量为内预紧圈外径的0.3%～0.4%。