徐君

摘 要：本文探讨扇形齿轮锻压件的制作过程，从工艺设计，模具设计到试样制坯，从实体到三维造型，设计模具到模具制坯，通过对比不同规格的下料产生出即能保证质量又能降低成本的最佳耗材。

关键词：锻造;扇形齿轮;模具设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.013

0 引言

扇形齿轮是某纺织机上的关键传动件，在设备中起着一定的平衡作用。由于现代设备对受力齿轮的要求越来越高，既要满足性能要求，又要减轻重量，这就对加工工艺的性能提出了更高的要求。

在加工方法上常用的有铸造和锻造两种。铸造即把冶炼好的液体金属用浇注、压射等方式注入预先准备好的铸造模型，进而获得金属成形物件的加工方式。锻造即利用锻压机向加工件施加压力，通过塑性变形塑造成符合要求形狀的加工方式。比较而言，锻件的力学性能和使用寿命较铸件性能低，且有不易变形、无裂缝、无砂眼等优良性能，因此选用锻造的方式来完成扇形齿轮的毛坯制造。

本课题以材料20CrMnTi的扇形齿轮锻造件为例，探索锻件制造的工艺性，以便提高加工质量和生产效率。

1 工艺分析

（1）本研究对象为扇形齿轮的产品实物，如图1所示，因此应先将其转换为三维造型。采用应用广泛、操作容易上手的通用三维CAD绘图软件SolidWorks，得到了如图2所以的扇形齿轮的三维锻压造型。由于只讨论扇形齿轮锻压件的设计制造，轧齿属于外包件范畴，得到不含齿的实心锻件。该锻件对材质的内在质量要求较高。锻件的最大尺寸为316mm、厚度为31.5mm，最薄厚度为16.5mm，进行三维建模后，锻件重量为8.9kg。从图中可以看出，该件结构相对简单，外形左右对称，但锻件厚度较薄，对锻造工艺要求较高。锻件材料具有良好的加工性和低温冲击韧性，加工变形微小，有很好的抗疲劳性能。抗拉强度σb≥1080MPa，屈服强度σs≥835MPa。

（2）零件形状的基本特征是扇形加圆筒形件，一般情况下，主要成形方法是冲裁、拉伸、切边冲孔和弯曲。由于锻件存在着顶端难充满的可能性，根据生产条件，选择设备4000T摩擦锻压机进行锻打。在三维建模后的锻件重量8.9kg的基础上加料，用于确定下料的重量。由此设计出一套锻造工艺，最终确定扇形齿轮锻压件的工艺流程为：下料-加热-制坯-模锻-切边-正火-抛丸-探伤-打磨-检查。

2 模具制造与试样

2.1 模具制造

根据扇形齿轮的产品图设计出扇形齿轮的毛坯三维造型后，并按照一定的热收缩比例设计出扇形齿轮的模具图，如图3所示。将所有R角放大，按照产品设计要求将产品厚度尽量加厚以减小锻压机的吨位。模具材料选用5CrNiMo，利用加工中心来制作出模具，如图4所示。

2.2 试样步骤

2.2.1 下料

依据扇形齿轮锻压件的工艺分析，选用圆盘锯或带锯床下料，料的直径90mm，按1.2、1.3和1.4的比例增加材料消耗，因此选用长度拟定3种规格进行试制，分别为213mm、231mm和250mm。将圆钢加热至1150度左右。

2.2.2 制坯

先在坯料上做去氧化皮处理。由于扇形齿轮一头呈扇形分布，不容易充满，因此制坯时需将一头制成圆盘状，才可尽量打满。考虑目前的加工工艺，选用1T的空气锤，将料的前端拍至宽度200mm左右的圆盘。

2.2.3 模锻

将温度控制在1050-1150°C左右，由于拍扁过程中温度下降较多，锻件厚度较小，温度过低将导致锻件的抗变形力增加，进而无法充满。温度过低需重新使用天然气炉或箱式电炉加热。将毛坯放至模具中进行锻打，保证型腔充满。

2.2.4 切边

将毛坯件取出，在400T油压机上进行切边处理。

2.2.5 检查

锻件制造好后，检查有无折叠，有无氧化皮，有无缺料，有问题及时反馈至前道工序继续加工，若已符合相关要求后方可进行后续批量生产。如图5所示。

经过试制，验证三种下料规格的原材料，皆能实现扇形齿轮锻件的锻造成形。但是213mm的毛坯料飞边偏小，且有会导致充型不完整的可能性;250mm长度的规格虽充型效果好，但是飞边过多不利于降低成本增加效能，所以为了既有稳定的工艺又降低成本，选择231mm的规格。

3 存在的问题

在试样的过程中，由于扇形齿轮中部薄可能造成温度下降过快，导致所需锻压机吨位变大的问题，因此在设计时适当加厚了中部的厚度，考虑到是全加工件，只要超厚不太大也是可以接受的。另外，在打击的过程中由于存在较大的冲击力，锤头的晃动导致有些许错位的发生，在后期应更好的控制好生产的节奏，减少不必要的时间耽误，更应避免温度的流失影响产品的质量。

4 结论

通过对扇形齿轮整个工艺流程及加工制造的研究，掌握了该类产品锻件的设计流程和成形特点，也为后续类似产品的设计开发提供了一点借鉴作用。

参考文献：

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