长短齿零件冷锻工艺课稿.doc

带倒角面的长短齿零件工艺研究 一. 背景和研究 1.1 研究背景 内圈为某款电动工具内的动力传输零件（见图1.1），利用2组齿形相同但齿宽不一样的齿轮与离合器啮合（见图1.2），工作中受到冲击，齿形受力较为复杂，齿形强度要求较高。零件结构相对较复杂，保证齿形强度下，传统的铣削加工和粉末冶金都不能加工，齿形锻造成型最佳。 图1.1 内圈成品CG图 图1.2 内圈装配图 1.2 现状及加工 现客户使用材料20CrMo，使用方法为热锻成型毛坯，机加工钻孔、车槽和端面。热锻涉及到微观金相组织的变化，强度受到一定影响，而且热锻成本较高。因某些原因，客户要求使用GCr15代替20CrMo，并指定用冷锻工艺成型锻坯以降低生产成本。 1.3 研究方向 GCr15为冷锻极限，毛坯材料对锻造工艺影响很大。GCr15相对常用锻造材料20CrMo、SAE8620来说相对较硬，780后硬度达到130HB，相对与20CrMo的退火硬度100~115HB较硬，而且GCr15冷作效果更好，38.4%小变形量挤压后硬度与20CrMo相差不大甚至小于后者，前者硬度162HB后者硬度168HB，但是挤压齿形时变形量为12%，GCr15会双边涨形约0.1mm，20CrMo双边涨形约0.02mm。研究方向暂定为：1）如何成型GCr15并保证模具寿命；2）如何成型齿形。 二.内圈概述 2.1 内圈结构介绍 图2.1 内圈产品尺寸图 内圈可分为两部分：1）齿形，齿形又细分为长齿和短齿； 2）球部。 锻件主要技术要求：齿形大径Φ16.5（0/-0.2） 齿形小径Φ13（0/-0.2） Φ3配合销跨棒距Φ19.335（-0.26/-0.46） 球部直径SΦ22.5±0.2 外观无伤、锈、毛刺、缺料等缺陷（见图2.1）。 客户要求：1）锻件满足图纸要求，全尺寸合格； 2）齿形处不予许有明显叠层、次生带、凹陷等。 2.2 内圈制造工序 暂定的内圈制造工艺为：下料---退火---磷皂化---锻一---退火---磷皂化---锻二，锻一主要锻造齿形，锻二墩粗球部。 2.3 工艺难点 难点在于齿形成型无叠层。原工艺锻一齿形等高，下端60（见图2.2），并将短齿部分反挤一部分实际效果是锻一时小径处不贴膜，锻二反挤短齿时小径受短齿处材料影响贴膜度更差（见图2.3）。小径处形成凹坑相差0.2mm，因锻一和锻二模具制造误差存在，两序模具衔接时小径处存在间隙，凹陷被放大稍许。 图2.2 锻一CG图 图2.3 锻件实际效果图因客户要求齿形不允许有叠层，则齿形需要在一个工位内一次成型并且无明显叠层、凹陷等，否则后续工位便会形成次生带。理想工艺应为:齿形在墩粗球部前就已大致成型，除大径的主要参数都已符合客户图纸要求，墩粗球部时只墩粗齿形大径，其余不参与成型，齿形型腔只起支撑作用。 对理想工艺进行CAE模拟，着重分析齿形部位成型。长短齿形随60（见图2.4）见图2.5，图2.5贴膜度颜色显示中，颜色从蓝至红表示不贴膜的严重程度，蓝色为完全贴膜，红色代表锻件与模具间隙达到0.123mm。从图中得知短齿成型后成型60时锻件小径与凹模小径处存在单边0.02mm间隙，但无明显台阶和凹坑。 图2.4 终锻件CG图 图2.5 短齿成型贴膜度分析 从图2.6得知，短齿完全成型后，材料在60后流动方向由竖直向下运动改为顺着60和齿面方向，小径处材料如图2.6所示变更为向芯部流动，此时小径已呈现出不贴膜趋势。 图2.6 短齿成型后材料流动方向 短齿成型后长齿大径处不贴膜，当长齿抵达60小径开始塌陷形成凹坑。凹坑随材料向下运动逐渐加大至出现小径上圆台后，凹坑最大到达约单边0.1mm（图2.7）。此时小径处材料流动复杂，直接受两处60小径材料向芯部流动，形成两处凹坑。研究方向转变为如何让小径贴膜。 图2.7 长齿成型后小径贴膜度与材料流动 三. 工艺实验 3.1 工艺方案 方案1）：锻一成型8个长短齿（见图3.1）；锻二成型球体部分（见图3.2）。锻一外径为。锻一小径12.8，锻二小径2.9。 图3.1 锻一CG图 图3.2 锻二CG图 实验结果：齿面贴膜，小径仍有较大