緩沖齒輪精密冷鍛工藝及模具
摘要：采用冷擠壓預成形中間坯料，然后再精密墩鍛成形的方式成功實施了摩托車緩沖齒輪的精密冷鍛工藝。
關鍵詞：緩沖齒輪；冷鍛
一、前言
緩沖齒輪是黃河一川崎250摩托車上一關鍵零件，其材料為20CrMo，形狀尺寸如圖1所示。該零件為軸對稱形狀，大端有一周漸開線直齒，小端有3個均布長齒，齒寬5mm，高15mm。用常規(guī)機械切削方法加工時，材料利用率低，所用銑刀細而長、切削量小且易折斷，效率很低，難以滿足生產要求。我們采用冷擠壓技術成形該齒坯，使難以加工的長齒部分擠壓成形，達到圖紙要求，替代了普通的機加工方法，在生產中得到成功的應用。
該零件結構為軸對稱形狀，且不復雜；材料為20CrMo，退火狀態(tài)硬度HB120-135，強度不高 ，變形抗力不大；但大端處一周漸開線齒不適合擠壓成形，應留給后續(xù)機加工完成以保證其精度；所給緩沖齒輪的尺寸精度和表面粗糙度要求一般，冷擠零件的表面粗糙度可達Ra=0.8-0.4μm，公差等級在IT8-IT7左右，故冷擠壓工藝完全可滿足該零件的各項要求。按冷擠壓工藝要求和零件形狀所設計鍛件如圖2所示。
該零件若采用φ56mm毛坯一次成形，沒有入模角，造成壓力過大，長齒不能成形，且易產生裂紋。其原因是由于長齒外圓處流動比φ26.5mm圓柱處慢很多，易使長齒被拉裂。當采用φ 45mm坯料閉式墩擠成形時，更易出現芯部φ26.5mm圓柱部分流出過快而3長齒流出很慢，根本無法充滿的狀態(tài)，而且兩者因流速差異太大而產生撕裂現象。
該零件成熟的成形工序可分為兩步。第1步先用φ42mm坯料正擠出直徑為φ26.5mm的圓柱以及3條均布長齒。第2步再將坯料頭部由φ42mm墩粗到φ58mm，并成形φ32mm的頂端圓臺。
應當說明的是當采用φ42mm坯料正擠成形時，雖然φ26.5mm的圓柱部分的流出速度仍然比3長齒部分的快，但差異較小，不會出現撕裂現象，因此預成形工藝得以順利實施。
由擠壓件圖可計算出制件體積v=42622mm ,當毛坯直徑為 42mm時，高度應為31mm。
由于擠壓件長度方向不加約束，有一定的機加工量，加之擠出時26.5mm端部流動快，形成一個凸出的球面，增加了材料的消耗。調整后的毛坯高度為33mm。由文獻[1][2][3]提供的擠壓力計算方法可算出第1工序單位擠壓力為1661.75 MPa，總擠壓力為2413.2kN。第2工序可看作閉式模鍛，實驗時在3000kN壓力下可使鍛件完全成形。綜合以上兩工序的壓力情況，我們選擇在3150kN油壓機上實施該工藝。
四、模具結構
生產中我們采用通用反擠壓模架，預成形和終成形工序的模芯結構簡圖分別如圖3、圖4所示。
圖3為冷擠壓預成形模，其凹模設計為剖分結構，以避免裂紋的產生；下凹模入口部分設計 有120°入模角，長齒入口處有R3的圓角，保證了金屬的順利流動；成形后長齒厚為4.9mm。
圖4為冷墩模，它的凹模也為剖分結構，但由于零件要求而不能設計入模角；凹模深度以剛能放下上工序成形的擠壓件為準，3長齒處對應凹模槽比上序加寬0.1mm，為5.Omm，便于預成形件的對正放入。
五、工藝過程及成形情況
緩沖齒輪所采用的工藝流程如下：
備料-軟化退火-車毛坯-磷化+皂化處理-冷擠預成形-冷墩臺階面-去應力回火-入庫。
在第1序預成形后未進行退火是因為正擠壓時頭部幾乎未變形，沒產生加工硬化，第2序墩粗力也不大且沒有產生裂紋。
預成形過程中發(fā)現凹模拼合面處易脫開，常有余料擠入拼合處?？朔@種情況的方法是在凹模制造過程中，將拼合面處仔細研磨，保證上下凹模的尖角不被碰壞。
六、結論
(1)用冷擠壓工藝生產緩沖齒輪鍛件工藝可靠；
(2)材料利用率高；
(3)兩序壓力均不超過3000kN，零件尺寸穩(wěn)定，表面光潔度高。
關鍵詞：緩沖齒輪；冷鍛
一、前言
緩沖齒輪是黃河一川崎250摩托車上一關鍵零件，其材料為20CrMo，形狀尺寸如圖1所示。該零件為軸對稱形狀，大端有一周漸開線直齒，小端有3個均布長齒，齒寬5mm，高15mm。用常規(guī)機械切削方法加工時，材料利用率低，所用銑刀細而長、切削量小且易折斷，效率很低，難以滿足生產要求。我們采用冷擠壓技術成形該齒坯，使難以加工的長齒部分擠壓成形，達到圖紙要求，替代了普通的機加工方法，在生產中得到成功的應用。
該零件結構為軸對稱形狀，且不復雜；材料為20CrMo，退火狀態(tài)硬度HB120-135，強度不高 ，變形抗力不大；但大端處一周漸開線齒不適合擠壓成形，應留給后續(xù)機加工完成以保證其精度；所給緩沖齒輪的尺寸精度和表面粗糙度要求一般，冷擠零件的表面粗糙度可達Ra=0.8-0.4μm，公差等級在IT8-IT7左右，故冷擠壓工藝完全可滿足該零件的各項要求。按冷擠壓工藝要求和零件形狀所設計鍛件如圖2所示。
該零件若采用φ56mm毛坯一次成形，沒有入模角，造成壓力過大，長齒不能成形，且易產生裂紋。其原因是由于長齒外圓處流動比φ26.5mm圓柱處慢很多，易使長齒被拉裂。當采用φ 45mm坯料閉式墩擠成形時，更易出現芯部φ26.5mm圓柱部分流出過快而3長齒流出很慢，根本無法充滿的狀態(tài)，而且兩者因流速差異太大而產生撕裂現象。
該零件成熟的成形工序可分為兩步。第1步先用φ42mm坯料正擠出直徑為φ26.5mm的圓柱以及3條均布長齒。第2步再將坯料頭部由φ42mm墩粗到φ58mm，并成形φ32mm的頂端圓臺。
應當說明的是當采用φ42mm坯料正擠成形時，雖然φ26.5mm的圓柱部分的流出速度仍然比3長齒部分的快，但差異較小，不會出現撕裂現象，因此預成形工藝得以順利實施。
由擠壓件圖可計算出制件體積v=42622mm ,當毛坯直徑為 42mm時，高度應為31mm。
由于擠壓件長度方向不加約束，有一定的機加工量，加之擠出時26.5mm端部流動快，形成一個凸出的球面，增加了材料的消耗。調整后的毛坯高度為33mm。由文獻[1][2][3]提供的擠壓力計算方法可算出第1工序單位擠壓力為1661.75 MPa，總擠壓力為2413.2kN。第2工序可看作閉式模鍛，實驗時在3000kN壓力下可使鍛件完全成形。綜合以上兩工序的壓力情況，我們選擇在3150kN油壓機上實施該工藝。
四、模具結構
生產中我們采用通用反擠壓模架，預成形和終成形工序的模芯結構簡圖分別如圖3、圖4所示。
圖3為冷擠壓預成形模，其凹模設計為剖分結構，以避免裂紋的產生；下凹模入口部分設計 有120°入模角，長齒入口處有R3的圓角，保證了金屬的順利流動；成形后長齒厚為4.9mm。
圖4為冷墩模，它的凹模也為剖分結構，但由于零件要求而不能設計入模角；凹模深度以剛能放下上工序成形的擠壓件為準，3長齒處對應凹模槽比上序加寬0.1mm，為5.Omm，便于預成形件的對正放入。
五、工藝過程及成形情況
緩沖齒輪所采用的工藝流程如下：
備料-軟化退火-車毛坯-磷化+皂化處理-冷擠預成形-冷墩臺階面-去應力回火-入庫。
在第1序預成形后未進行退火是因為正擠壓時頭部幾乎未變形，沒產生加工硬化，第2序墩粗力也不大且沒有產生裂紋。
預成形過程中發(fā)現凹模拼合面處易脫開，常有余料擠入拼合處?？朔@種情況的方法是在凹模制造過程中，將拼合面處仔細研磨，保證上下凹模的尖角不被碰壞。
六、結論
(1)用冷擠壓工藝生產緩沖齒輪鍛件工藝可靠；
(2)材料利用率高；
(3)兩序壓力均不超過3000kN，零件尺寸穩(wěn)定，表面光潔度高。
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