缓冲齿轮精密冷锻工艺及模具

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-09 阅读:415
一、前言

缓冲齿轮是黄河一川崎250摩托车上一关键零件,其材料为20CrMo,形状尺寸如图1所示。该零件为轴对称形状,大端有一周渐开线直齿,小端有3个均布长齿,齿宽5mm,高15mm。用常规机械切削方法加工时,材料利用率低,所用铣细而长、切削量小且易折断,效率很低,难以满足生产要求。我们采用冷挤压技术成形该齿坯,使难以加工的长齿部分挤压成形,达到图纸要求,替代了普通的机加工方法,在生产中得到成功的应用。

二、挤压性能分析与挤压件图设计 该零件结构为轴对称形状,且不复杂;材料为20CrMo,退火状态硬度HB120-135,强度不高 ,变形抗力不大;但大端处一周渐开线齿不适合挤压成形,应留给后续机加工完成以保证其精度;所给缓冲齿轮的尺寸精度和表面粗糙度要求一般,冷挤零件的表面粗糙度可达Ra=0.8-0.4μm,公差等级在IT8-IT7左右,故冷挤压工艺完全可满足该零件的各项要求。按冷挤压工艺要求和零件形状所设计锻件如图2所示。

三、成形工艺及参数

该零件若采用φ56mm毛坯一次成形,没有入模角,造成压力过大,长齿不能成形,且易产生裂纹。其原因是由于长齿外圆处流动比φ26.5mm圆柱处慢很多,易使长齿被拉裂。当采用φ 45mm坯料闭式墩挤成形时,更易出现芯部φ26.5mm圆柱部分流出过快而3长齿流出很慢,根本无法充满的状态,而且两者因流速差异太大而产生撕裂现象。

该零件成熟的成形工序可分为两步。第1步先用φ42mm坯料正挤出直径为φ26.5mm的圆柱以及3条均布长齿。第2步再将坯料头部由φ42mm墩粗到φ58mm,并成形φ32mm的顶端圆台。

应当说明的是当采用φ42mm坯料正挤成形时,虽然φ26.5mm的圆柱部分的流出速度仍然比3长齿部分的快,但差异较小,不会出现撕裂现象,因此预成形工艺得以顺利实施。

由挤压件图可计算出制件体积v=42622mm ,当毛坯直径为 42mm时,高度应为31mm。

由于挤压件长度方向不加约束,有一定的机加工量,加之挤出时 26.5mm端部流动快,形成一个凸出的球面,增加了材料的消耗。调整后的毛坯高度为33mm。由文献[1][2][3]提供的挤压力计算方法可算出第1工序单位挤压力为1661.75 MPa,总挤压力为2413.2kN。第2工序可看作闭式模锻,实验时在3000kN压力下可使锻件完全成形。综合以上两工序的压力情况,我们选择在3150kN油压机上实施该工艺。

四、模具结构

生产中我们采用通用反挤压模架,预成形和终成形工序的模芯结构简图分别如图3、图4所示。

凸模1与凸模套2采用过盈配合,靠过盈量以保证凸模的固定和轴向限位。凸模组装时,先将凸模套加热至300℃左右,然后将凸模压入凸模套内。组合凹模采用典型的3层预应力结构。

图3为冷挤压预成形模,其凹模设计为剖分结构,以避免裂纹的产生;下凹模入口部分设计 有120°入模角,长齿入口处有R3的圆角,保证了金属的顺利流动;成形后长齿厚为4.9mm。

图4为冷墩模,它的凹模也为剖分结构,但由于零件要求而不能设计入模角;凹模深度以刚能放下上工序成形的挤压件为准,3长齿处对应凹模槽比上序加宽0.1mm,为5.Omm,便于预成形件的对正放入。

五、工艺过程及成形情况

缓冲齿轮所采用的工艺流程如下:

备料-软化退火-车毛坯-磷化+皂化处理-冷挤预成形-冷墩台阶面-去应力回火-入库。

在第1序预成形后未进行退火是因为正挤压时头部几乎未变形,没产生加工硬化,第2序墩粗力也不大且没有产生裂纹。

预成形过程中发现凹模拼合面处易脱开,常有余料挤入拼合处。克服这种情况的方法是在凹模制造过程中,将拼合面处仔细研磨,保证上下凹模的尖角不被碰坏。

六、结论

(1)用冷挤压工艺生产缓冲齿轮锻件工艺可靠;

(2)材料利用率高;

(3)两序压力均不超过3000kN,零件尺寸稳定,表面光洁度高。

标签: 锻工
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