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齿轮零件锻模设计 摘要：随着科学技术的不断进步，生产都朝着自动化、专业化和大批量化的方向发展。特别是近年来与微电子、计算机技术相结合后，使齿轮零件进入了一个新的发展阶段。锻造生产的目的是坯料成型、及控制其内部组织性能达到所需的几何形状，尺寸以及品质的锻件，钢和大多数非铁金属及合金具有不同程度的塑性，均可在冷态和热态下进行塑性加工成型。在现代企业中，模具设计与制造能力的强弱和水平的高低，已成为衡量一个国家的机械水平的重要标志之一，所以它影响着国民经济的发展。锻模工艺不仅能合理利用塑性，省时节能的获得产品形状，而且还能改变内部组织，提高金属本身的承载力，进而获得节约材料的结果。齿轮的锻造采用的是自由锻工艺。本文主要介绍的是齿轮的自由锻工艺。自由锻是利用压力或冲击力产生的塑性变形，从而获得所需锻件形状及尺寸的方法。确定自由锻的工艺成为了自由锻加工的关键。为适应机械设备对齿轮加工的要求，对其要求和技术领域的拓展还需要不断的更新与改进。 关键字：齿轮零件、齿轮加工、锻模设计、模膛布置 前言 在现代机械制造中，模具工业已成为国民经济中一个非常重要的行业。许多新产品开发和生产在很大程度上依赖于模具的设计与制造技术。模具设计与制造能力的强弱与水平的高低，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，它关系着产品质量和经济效益的提高，直接影响了国民经济中许多行业的发展。 锻造工艺不仅能合理利用金属的塑性，省时节能地获得产品的形状，而且还能改变金属的内部组织，提高原始金属本身的承载能力，进而收到节材的效果。模锻工艺是在自由锻工艺基础上发展起来的一种先进工艺。它是将金属加热，使其具有较高的塑性，然后置于锻模模膛中，有锻造设备施加压力，是金属发生塑性变形并充填模膛，得到所需形状并符合技术要求的模锻件。 在经济发达国家中，模锻件平均占锻件总质量的百分之七十以上，因此，模具在生产中所占比重，在某种意义上代表了这个国家经济发展水平，是工业发达程度的标志之一。 一、设计锻件图 零件图 由上图可知，该零件为圆盘类锻模零件，普通级精度，用石室油炉加热，该零件材料为20CrMnTi，齿轮零件的最大厚度为55mm，最小厚度为9mm。该齿轮零件属于圆盘锤锻模零件，锤锻模是在模锻锤上使坯料成形为模锻件或半成品的模具。锤锻时打击方向与坯料轴线方向一致，金属沿长宽高方向同时流动。对于体积小，形状简单的圆盘类零件，可由原始坯料直接终锻成形。 由上图可知，该齿轮零件中心有一个直径为50的通孔。而模锻不能锻出通孔，只能锻出不通孔。对于内径大于等于25mm的锻件模锻时不能直接锻出通孔，在分模面上留有一层较薄的金属连皮，在随后的冲孔工序中再将其冲掉，若连皮太薄，锻中容易出现锻不足，和要求过大的打击力。从而导致模膛凸凹部分磨损加大。虽然有助于克服上述现象，但重除连皮困难致使锻件变形且浪费材料。 1.确定分模面 根据分模面的确定原则：容易脱模、成性良好，平衡侧压力、保证承力面强度，便于检查错移和简化锻模制造等。锻模的分模面是指上下模的分接面。分模轮廓线是指终锻模膛分模面与锻件轮廓的交线。分模轮廓线在视图平面上的投影称为分模线。锻件图上分模面是用分模线表示的，如下图所示，对于高度小于直径的圆盘类锻件，一般采用径向分模。由于此齿轮高度为55±0.05mm，最大直径为Ф175.54mm，所以高度远小于直径，因此采用径向分模，径向分模使锻模模膛及切边模均为圆形，便于加工，即选用最大直径中部作为分模面。在锻件图上的分模面是由分模线表示的。如下图所示： 2.确定机械加工余量和锻件公差 加工余量的确定与锻件形状的复杂程度、零件的精度要求、锻件的材质、模锻设备、工艺条件、热处理的变形量、校正的难易程度、机械加工的工序设计等许多因索有关。机械加工余量也并不是越小越好，为了将锻件的脱碳层(约0. 5mm)和表面的细小裂纹去掉，留有一定的加工余量是必要的。 （1）锻件质量：预选加工余量为2.5mm，按齿轮锻件图计算锻件体积。将锻件分解为大实心圆柱加小实心圆柱再减去一个孔和两个圆形环。按零件图加上加工余量，具体估算计算如下： 实心体：V1＝∏／4（180×180×30.5＋71×71×29.5）41 孔 ：V2＝∏／4（41×41×60） 圆形环：V3＝∏／4（144×144－66×66）×9 则Vf＝V1－V2－2×V3 锻件质量m＝Vf×ρ(其中ρ可通过查表得到) （2）零件机加工精度 一般情况下，根据锻件表面粗糙度要求最小Ra＝3.2μm＞1.6μm,所以加工余量选择2～5mm即可。 （3）锻件形状复杂系数 该齿轮外轮廓包容体为一圆柱体，直径约为180mm，高约为60mm，可计算出包容体体积，根据S=Vf/Vn可计算出该齿轮的