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常啮合齿轮锻件锻模设计案例
一、常啮合齿轮零件图：零件材料为18CrMnTi

二、制定锻件图
根据零件图制定锻件图
1、确定分型面位置
常啮合齿轮的高径比为H/D=55/178=0.31＜1，属短轴线类锻件，因此取径向分模，根据零件形状，分模面取在最大直径处1/2高度的位置。

2、公差和加工余量
加工余量的确定与锻件形状的复杂程度、成品零件的精度要求，锻件的材质，模锻设备，工艺条件，热处理的变形量，校正的难易程度，机械加工的工序等许多因素有关。因此在确定加工余量时通常要与加工部门协商。
为了将锻件的脱碳层和表面的细小裂纹去掉，必须留有一定的加工余量。

（1）锻件形状复杂程度：
锻件形状复杂程度用锻件形状复杂系数S表示。它是锻件质量m与锻件外廓包容体质量m1之比，即S=m/m1，锻件形状复杂系数分为4级：
S1级（简单锻件）
0.63＜S≤1
S2级（一般锻件）
0.32＜S≤0.63
S3级（较复杂锻件）
0.16＜S≤0.32
S4级（复杂锻件）
0＜S≤0.16
薄圆盘或法兰锻件当圆盘厚度和直径之比t/d≤0.2时，采用S4级。
（2）锻件的材质
锻件的材质将影响锻件的公差和机械加工余量，锻件的材质的影响用锻件的材质系数M表示，常见金属材料的材质系数见下表
材料种类
塑性
材质系数
铝合金、镁合金
优
M0
低碳、低合金钢（C＜0.65%，或合金元素总量＜3%）
良
M1
高碳、高合金钢（C≥0.65%，或合金元素总量≥3%）
一般
M2
不锈钢、耐热钢、高温合金、钛合金
差
M3

（3）锻件的公差和机械加工余量与锻件的质量有关，可按零件图基本尺寸估算机械加工余量，绘制初步锻件图并估算锻件质量。按估算的质量查表确定锻件的公差和机械加工余量，再修正锻件图。
估算锻件质量约为5.2Kg，外廓包容体体积为12.05Kg；零件材料为18CrMnTi，材质系数为M1，形状复杂系数为：
S=m/m1=5.22/12.05=0.433
式中：m—锻件质量；
m1—锻件外廓包容体质量
即复杂系数为二级；零件加工精度为一般加工精度，锻件在煤气加热炉中加热。
查手册可知，水平及高度方向的单边加工余量为2.0～2.5mm,取2mm；
查下表，内孔单边加工余量为2mm。
锻件内孔直径的机械加工单边余量
孔径/mm
孔深/mm
＜63
63～100
100～140
140～200
200～280
＜25
2.0
-
-
-
-
25～40
2.0
2.6

40～63
2.0
2.6
3.0

63～100
2.5
3.0
3.0
4.0

100～160
2.6
3.0

3.4
4.0
4.6
160～250
3.0
3.0
3.4
4.0
4.6
零件尺寸加上加工余量得到锻件尺寸，径向尺寸：φ48-2X2→44, φ178+2X2→182，高度尺寸：55+2X2→59, 45+2X2→49，30+2X2→34
由锻件尺寸查表可确定锻件各尺寸的公差：
，，、、

3、模锻斜度
外模锻斜度与零件图上一致，取α=7°，内模锻斜度取β=10°
4、圆角半径：
（1）作用：
使金属容易充满模膛，起模方便，保证锻件质量，减缓锻模外圆角磨损，延长模具使用寿命。
（2）锻件圆角处的最小余量：凸角处有倒角：r=余量+零件的倒角值
凸角处无倒角：r=余量
（3）常啮合齿轮的圆角半径
零件内孔有倒角2X45°，故此处的外圆角半径为r=余量+零件的圆角值=2.0+2.0=4.0mm，图中原有圆角数值不变，其余未注圆角取r=2。
5、冲孔连皮
锻件内孔直径大于25mm时要考虑冲孔，若内孔直径小于25mm时，一般不冲孔。
（1）作用：
（2）分类：
①平底连皮：用于直径不大的孔，最为常用。
连皮厚度
过渡圆角：R1=R+0.1h+2

平底连皮 斜底连皮
②斜底连皮：常用于预锻模膛（用于孔径d＞2.5h或孔径d＞60mm）的锻件，
尺寸：α=1°～2°，S’=0.7S
式中： S----平底连皮的厚度
S’----斜底连皮中部厚度
③带仓连皮：用于预锻时采用斜底连皮的终锻模膛，仓部能容纳较多的金属。连皮的尺寸S1、b可采用飞边槽的桥部尺寸，连皮桥部厚度S1= S， S----平底连皮的厚度。

④拱底连皮

用于内孔很大，高度很小的锻件（d＞15h）

R1—作图决定
R2=5h
⑤压凹：用于孔径＜25mm且厚度较大的锻件

（3）常啮合齿轮的连皮厚度
因常啮合齿轮的内孔φ44＜60mm，因此采用平底连皮

H取内孔高度的一半，即h=24.5，d=44，带入公式：

因连皮圆角半径应大于内圆角半径，取为R=10mm。
6、技术条件
（1）图中未注模锻斜度7°
（2）未注圆角半径R2
（3）由参考资料查得：允许的错差量≤1.2mm
（4）由参考资料查得：允许的残余飞边量≤1.2mm
（5）锻件的清理方式：
清除表面氧化皮的方法有喷砂、抛丸、酸洗、滚筒清理等。
（6）锻件热处理要求：正火HB156～207
模锻件常用的热处理方法
常用的热处理
使用场合
使用目的
正火
中间热处理
细化晶粒，获得合适硬度，便于切削加工
最终热处理
对零件力学性能要求不高时采用
调质
最终热处理
保证较高的力学性能
常用钢质模锻件正火或调质硬度范围查阅手册中的推荐值。
上述各项参数确定后，便可绘制锻件图

三、确定锻件的基本数据
1、锻件在平面图上的最大投影面积为26015mm2；
2、锻件周边长度为572mm；
3、锻件体积为664970mm3；
4、锻件质量为5.22kg。
四、决定设备吨位
针对圆饼类锻件，确定锻锤吨位的经验公式为：
（kg）
式中：G0—锻锤落下部分质量，kg；
D—锻件直径，cm；
σ—锻件在终锻温度时的变形抗力，MPa。经验推荐值见下表。
该公式适用于直径为60cm以下的锻件。
模锻锤上终锻温度下部分钢材的变形抗力和系数K经验推荐值
材料
终锻温度/℃
K
σ/ MPa
碳素结构钢含碳量＜0.25%
700
0.9
55
碳素结构钢含碳量＞0.25%
750
1.0
60
低合金结构钢含碳量＜0.25%
800
1.0
60
低合金结构钢含碳量＞0.25%
800
1.15
65
高合金结构钢含碳量＞0.25%
850
1.25
75
合金工具钢
850
1.25
90--100
由上表查得，σ=60MPa；D=18.2cm，带入经验公式

=（1-0.005×18.2）×（11+2/18.2）2×（0.75+0.001×18.22）
×18.2×60kg
=157kg
根据推荐的模锻锤能力选择表推荐，故选用2吨模锻锤。
五、确定飞边槽尺寸
按照锻件在水平面上的投影面积A=26015mm2
（1）由经验公式确定飞边槽桥部高度

（2）根据经验推荐值确定飞边槽尺寸：h=3.00mm，h1=5mm，b=12mm，
b1=32mm，Ak=233mm2

六、终锻模膛设计
终锻模膛设计的主要内容是绘制热锻件图，供制造模膛用。热锻件图按照冷锻件图加收缩率确定。常啮合齿轮考虑收缩率1.5%，模锻斜度和内、外圆角的尺寸与冷锻件图相同，绘制的热锻件图如下：

七、确定制坯工步
齿轮类零件一般采用镦粗制坯，镦粗直径D镦的确定需考虑锻件形状，对常啮合齿轮锻件应满足：
（D1+D2）/2＞D镦＞D2
式中：D1—锻件轮缘外径，mm；
D镦—镦粗后毛坯直径，mm；
D2—锻件轮缘内径，mm；
带入数值:（182+147）/2=164.5＞D镦＞147，
故取 D镦=160mm
八、确定坯料尺寸
锻件体积Vd=664970mm3，飞边体积按飞边槽容积的50%计算，即
V飞=99700mm3
取氧化烧损率为2.5%，则坯料体积为：
V坯=（100%+205%）×（664970+99700）=783787mm3
取坯料高径比n=2，则坯料直径为

按标准规格选择坯料直径d=80mm。
下料长度：
考虑到下料误差，取L坯=159
则坯料尺寸为：φ80×159mm
九、锻模结构设计
1、模膛布置：镦粗台布置在锻模的左前面，坯料镦粗后距各边缘的距离不小于10mm。由于是轴对称锻件，故终锻模膛压力中心就是形心，应与锻模中心重合。
2、锁扣尺寸：采用圆形锁扣，锁扣高度H=36mm，最小宽度不小于40mm，锁扣侧面间隙为0.3mm。采用圆形锁扣，锁扣其余尺寸如图所示。
3、模块尺寸： 按照模膛尺寸、镦粗台尺寸、锁扣宽度、模膛壁厚、承击面等初步算出模块平面尺寸；按模膛最大深度、2t锤的最小闭合高度、锻模翻新量等因素决定模块高度尺寸，由资料查得模块宽度为500mm，高度为300mm，长度定为450mm；承击面约为970cm2；远大于2t锤允许的最小承击面（450--970cm2）
按上述设计计算结果，绘制出锻模如图所示。