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小齒輪件的成形工藝及模具設(shè)計(jì)

來(lái)源:     閱讀次數(shù):     發(fā)布時(shí)間:2017-10-10

1 引言

冷擠壓技術(shù)是一種高精、高效、優(yōu)質(zhì)低耗的先進(jìn)生產(chǎn)工藝技術(shù),是零件成形加工的主要方法之一。而齒輪和花鍵形狀復(fù)雜,尺寸精度、表面質(zhì)量及綜合機(jī)械性能等要求均很高,而且常溫下金屬的變形能力低、流動(dòng)性差,這些原因?qū)е洛懺燧d荷陡增、齒形型腔角隅充填能力銳減,模具處于極限加工狀態(tài),帶來(lái)易磨損、彈性變形嚴(yán)重、壽命低等弊病。如果采用流線型的擠壓過(guò)渡型腔,能改善金屬流動(dòng)的均勻性,降低成形壓力,提高齒輪和花鍵擠壓成形的精度。

2 工藝分析

2.1 成形工藝設(shè)計(jì)

圖1為小齒輪件的零件圖,材料為40Cr,零件一端為齒輪,另一端為花鍵。齒輪參數(shù)為:齒數(shù)Z=8,模數(shù)m=1.5,齒形為漸開(kāi)線,壓力角口=20°,齒頂圓直徑da=13ram,齒根圓直徑df=11 mm,精度等級(jí)為IT6~I(xiàn)T7。

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圖1 小齒輪件零件圖

 

根據(jù)對(duì)零件的分析得出小齒輪件的成形工藝方案為:精剪下料一擠壓小端一正擠花鍵-鐓粗一反擠齒輪、齒輪孔成形一擠臺(tái)階一齒輪部分精整成形,如圖2所示。

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圖2 小齒輪件的成形工藝

 

2.2坯料形狀和尺寸的確定

坯料形狀和尺寸對(duì)冷擠壓件的充填性能和模具壽命影響很大。根據(jù)小齒輪件的形狀特點(diǎn),同時(shí)為了便于送料以及有利于坯料的定位,故選用圓柱形坯料。毛坯的體積是根據(jù)變形前后的體積不變定律計(jì)算,經(jīng)計(jì)算確定毛坯直徑為12 mm,長(zhǎng)度為27mm。

2.3坯料的軟化處理

小齒輪件的材料為40Cr,其供應(yīng)狀態(tài)強(qiáng)度高、變形抗力大、塑性較差且有加工硬化存在。加工前要對(duì)坯料進(jìn)行充分的軟化處理,降低變形抗力,提高塑性,以滿足冷擠壓成形工藝。退火處理過(guò)程如圖3所示。經(jīng)退火處理后,材料硬度達(dá)到150~163HBS。

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2.4坯料的表面及潤(rùn)滑處理

小齒輪件的冷擠壓成形,單位擠壓力很大,金屬流動(dòng)劇烈,變形量較大,坯料表面要求良好的表面處理和潤(rùn)滑處理。本工藝采用磷化一皂化處理。

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3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析

小齒輪件的花鍵可以采用毛坯正擠壓一次成形,其模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中凹模是非常關(guān)鍵的部分,決定了花鍵的成形質(zhì)量。為了加強(qiáng)凹模的強(qiáng)度,延長(zhǎng)模具的使用壽命,采用二層組合凹模,如圖5所示,即下凹模(材料為Crl2MoV,硬度為59~62 HRC)和凹模套(材料為40Cr,硬度為38~40 HRC)熱壓合成二層結(jié)構(gòu)。由于凹模的齒部精度和表面粗糙度要求較高,故采用慢走絲線切割加工齒部,然后再進(jìn)行人工拋光,上凹模(材料為45鋼,硬度為42一45 HRC)的內(nèi)孔起定位作用。經(jīng)過(guò)分析可知:在花鍵成形模具的參數(shù)中,入模錐角為40°~50°時(shí),成形力最??;工作帶長(zhǎng)度在2~4 mm范圍內(nèi)選取合適,如工作帶長(zhǎng)度太長(zhǎng),材料流動(dòng)過(guò)程中摩擦阻力增大,但如工作帶太短,又會(huì)造成金屬流動(dòng)不均勻等。凹模入口的收121部分應(yīng)采用適當(dāng)?shù)膱A角過(guò)渡,而鍵齒部分的圓角從上往下應(yīng)均勻過(guò)渡。

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小齒輪件的齒形采用的是反擠壓成形,最后對(duì)齒形進(jìn)行精整成形,其模具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。反擠齒形的凸凹模組件如圖7所示,由于坯件上入模的端部有45°倒角,為人模方便,在凸凹模的人??诓捎?0°的入模錐度;又由于該工序是反擠齒形和擠齒輪孔同時(shí)進(jìn)行,為了保證擠壓強(qiáng)度,擠齒工作帶長(zhǎng)度采用全齒長(zhǎng),并圓角過(guò)渡,而齒形的圓角從下往上應(yīng)由大到小的修磨,最后達(dá)到零件圖上的齒形要求,這樣才能使擠出的齒形更充盈,表面粗糙度達(dá)到Ra0.8μm。

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4 結(jié)論

研究表明,采用冷擠壓加工小齒輪件,只要工藝方案和模具設(shè)計(jì)合理,可以成功地?cái)D出花鍵鍵齒和齒輪齒形,提高工件的表面質(zhì)量,節(jié)約材料,縮短輔助時(shí)間,從而降低生產(chǎn)成本。冷擠壓成形該形式的小齒輪是目前較為理想的一種成形方法。

 

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