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[资料] 缓冲齿轮精密冷锻工艺及模具

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发表于 2011-7-12 22:17:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  一、前言
! \; x5 m1 D/ j4 N" |% Z' q  缓冲齿轮是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,所用铣刀细而长、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。/ {: G6 I9 d( D" p6 [
0801051520407651.jpg 0 r' u1 L% \5 {9 _. N' n! e6 J
  二、挤压性能分析与挤压件图设计% w( s! s/ r: w- L% g9 z' w9 v
  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。
: h: `" a  s* a# v. c  三、成形工艺及参数
& x: h6 p7 Y' l' w) E  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φ45mm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。  r+ x# r; W+ O  r7 [! P: B; f+ w
  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。
6 G6 v2 d" _! j+ N1 Q- V7 w$ W  N  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。# I+ ~, R% g! Z
  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。
; J$ P9 s8 N3 {" z# L+ g6 h  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。
+ C1 M0 E' B, ^# g  四、模具结构! Z& w4 o4 Z2 n5 @
  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。
) Q8 A$ H; \" H* ?1 u2 b2 @- U5 n  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。) N' o+ j, \. z% e, D2 e( s  u) o
  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。
8 J; n; E4 {0 ]  M7 ]4 z8 v  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。/ @5 L# y+ P+ I7 B" v/ l* V
  五、工艺过程及成形情况/ U, [3 N" B0 w8 ?# g2 M- C' F: E
  缓冲齿轮所采用的工艺流程如下:+ I5 U4 ~0 C! h
  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。
  J  R4 k/ K3 Y5 L/ V1 u  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。0 w( R& I8 D) R- C" S6 x: V
  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。0 i4 l$ f" v; s/ G  V& A  u( h
  六、结论$ W" p0 l5 Y& q
  (1)用冷挤压工艺生产缓冲齿轮锻件工艺可靠;$ |& x8 J- `% s. g( x' r: d
  (2)材料利用率高;( h+ D/ @$ w5 Y
  (3)两序压力均不超过3000kN,零件尺寸稳定,表面光洁度高。
' I/ @, u4 W0 ^0 ?文章关键词: 精密冷锻
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