雙聯滑動齒輪鍛造工藝及模具的改進

文／陳欲飛?江蘇清拖農業裝備有限公司鍛造廠

雙聯滑動齒輪鍛造工藝及模具的改進

文／陳欲飛?江蘇清拖農業裝備有限公司鍛造廠

雙聯滑動齒輪毛坯在鍛造過程中，整體式模具使用壽命短，生產效率低，在改進了鍛造工藝及模具結構并進行了多次試驗后，成功解決了上述問題。

拖拉機傳動系中的齒輪件很多，加工技術難度大，加工過程中影響因素多，供貨時間及質量都對生產有較大影響，因此本公司決定試制生產結構較復雜的雙聯滑動齒輪的鍛件，以總結出成熟的鍛造工藝，為將來所有齒輪鍛件的生產做好技術準備工作，達到降本增效的目的。

雙聯滑動齒輪的零件圖如圖1所示，根據零件圖設計的鍛件圖如圖2所示，由圖2可知，這是一個具有3個臺階面、上端面帶輪輻、下端面有撥叉槽的回轉體結構鍛件。該鍛件的工藝特點是要求鍛件尺寸精度高，材料利用率高，模具結構合理，操作方便。

圖1 零件圖

鍛造工藝的分析

根據鍛件圖計算毛坯重量，鍛制鍛件所需的毛坯重量為鍛件重量與鍛造時金屬損耗的重量之和，計算重量的公式如下：

加熱方法為煤氣發生爐加熱，燒損率取2.5%，經計算得知該鍛件下料重量為5.9kg。根據鍛件的形狀，采用鐓粗法鍛制鍛件，對于圓鋼坯，為避免鐓粗時產生彎曲，應使毛坯高度不超過其直徑D的2.5倍，但為了在截料時便于操作，毛坯高度不應小于1.25D，綜合考慮，最終選擇直徑為φ80mm的圓鋼毛坯，下料長度為149.5mm。

圖2 鍛件圖

為使金屬在型腔中完全充滿并確保鍛件合格，必須滿足以下兩點：

⑴成形工藝經濟合理。

⑵鍛造模具合理可靠。

制定一套經濟合理的鍛造工藝，必須首先確定制坯方法及坯料尺寸，由上述分析考慮，采用直徑為φ80mm、下料長度為149.5mm的圓鋼毛坯，鐓粗至高度H＝44.2mm、D＝140mm、D分＝80mm，再模鍛即可成形，如圖3所示。

圖3 工藝流程圖

由于坯料在鐓粗時外形為鼓形，其上、下面端直徑在125mm左右，故而在130.5mm的臺階型腔中能夠定位。事實上，放在型腔中定位比較準確，可人工隨時調整以保證其不偏心，省略了一道預鍛工序，降低了成本，提高了效率。

工藝路線的確定

根據工藝分析，確定工藝路線如下：下料→加熱→鐓粗→成形。

⑴下料。采用帶鋸床下料，切口損耗少，切口端面平直、質量好，可防止鐓粗時彎曲。

⑵加熱。鍛件材料為20CrMnTi，始鍛溫度為1200℃、終鍛溫度為800℃，加熱溫度應均勻，采用煤氣發生爐加熱。煤氣發生爐的原理是將塊煤置于煤氣發生爐中，將底層煤引燃后，在上面覆蓋一定厚度的煤層，沿料層高度方向向上形成5層，自下而上為：灰渣層、氧化層、還原層、干餾層、干燥層，再鼓入空氣和水蒸氣與煤產生一系列氧化還原反應后在出口處得到含有CO、H2等可燃成分的半水煤氣。煤進行氣化以后，在加熱室中主要以煤氣的形式進行燃燒和加熱，其特點是燃燒方式發生了根本的變化，由直接燃煤轉化為燒煤氣，加熱均勻，透熱性好，由于工件在還原性氣體中，故氧化不嚴重，因此也減少了材料消耗。

⑶鐓粗。采取空氣錘平砧間直接鐓粗的方式，使毛坯高度減小、橫斷面積增大，使原材料轉變為終鍛成形所需的尺寸和形狀。鍛錘噸位參照鐓粗毛坯和鍛錘規格的關系圖(圖4)并結合本公司現有鍛造設備選取，最終選擇鐓粗設備為750kg空氣錘。

⑷成形。確定成形設備噸位時應考慮下列幾個方面的要求：能提供足夠的可獲得合格鍛件的打擊能量，有足夠的容納鍛模的裝模空間，能保證正常的生產效率，可使鍛模有正常的使用壽命，設備可保持正常的工作狀態，噸位不宜過大，操作要方便，節省動能。由于影響鍛件成形能量的因素很多，所以只能計算出設備大致的噸位，在實際生產中應視具體情況作相應修正，經驗公式為G＝4F，其中G為設備噸位(kg)，F為鍛件水平投影面積(mm2)。經計算并結合廠內設備情況考慮，最終選用1000t雙盤摩擦壓力機為成形設備。

圖4 鐓粗毛坯和鍛錘規格的關系圖

設備的選用

⑴下料：G4032A帶鋸床。

⑵加熱：煤氣發生爐。

⑶鐓粗：750kg空氣錘。

⑷成形：1000t雙盤摩擦壓力機。

模具的設計

由于該鍛件具有3個臺階面和比較深的輪輻，在下端面上還帶有撥叉槽，因此保證鍛件3個臺階面相互位置尺寸的穩定性及模具壽命的穩定性就顯得尤為重要，這也是模具設計成功與否的關鍵所在。

在試制階段，我們采用如圖5所示的整體式模具，在小批量生產時效果較好，但在進入批量較大的生產階段時暴露出了以下幾個缺點：

⑴在模具型腔下端的撥叉槽處易產生塌陷和龜裂，嚴重影響了鍛件質量和成品率。其原因是熱量集中，不易散發，和脫模劑接觸，急速冷卻，產生龜裂，鍛件脫模困難。

圖5 整體模結構圖1—鍛坯 2—上模 3—整體模 4—頂塊

⑵模具壽命短。正常情況下，其原因是熱量集中，不易散發，造成模膛內冷熱變化快，局部易產生塌陷和龜裂，需要頻繁修理模具，一副模具只能生產400件鍛件左右。而且整體式模具重量大，重裝、拆修模都很不方便，修模時撥叉槽也無法修整。

⑶工效很低，班產量在600件左右，加上修模頻繁，所以生產效率低，這也使得生產成本和模具成本較高。

為了改善模具壽命短和生產效率低等問題，我們把鍛件的模具結構改為分體式結構，如圖6所示，將下模的材料由原來的5CrMnMo改為H13熱作模具鋼。在進行生產比較后發現，分體式模具在生產1000件左右的鍛件后才須修理，且模具的裝拆與整體式模具相比也更為方便，鍛件形體的充滿程度也更好，班產量在1200件左右，生產效率及鍛件質量均得到了提高，生產成本大幅度降低。

存在的問題及改進

在大批量生產過程中，有時操作工和模具修理工為片面追求鍛件產量會人為降低模具維修質量，這就會導致模具修理后存在下模高度不一或下模高度與套模高度不一致的情況，從而導致φ130.5mm的中間臺階高度不穩定，使后道機加工工序失去基準，產生廢品。

對于雙聯滑動齒輪鍛件來說，采用圖5所示的整體式模具結構易使型腔撥叉槽處塌陷，模具壽命低，工效低，成本高，鍛件質量也差，而采用圖6所示的分體式結構，中間臺階尺寸變化大，同時撥叉槽處塌陷的鍛造缺陷比例較大。

圖6 分體模結構圖1—鍛坯 2—上模 3—套模 4—下模

為從根本上解決中間臺階尺寸不穩定和撥叉槽處塌陷的鍛造缺陷比例較大等問題，我們總結了前兩種結構的模具在生產過程中技術質量的得失，設計了一套組合式模具，如圖7所示。它將原來的整體式模具改為3個部分鑲嵌而成，套模采用45鋼，鑲套采用5CrMnMo模具鋼，下模采用H13熱作模具鋼。該組合式模具既保持了整體式模具所生產鍛件的尺寸的穩定性，又避免了在型腔下端撥叉槽處易產生塌陷和龜裂等缺陷，模具壽命大大提高，生產過程中維修也方便，每副模具使用壽命達3500件左右，鍛件質量穩定，工效大幅提高，班產量達1500件，生產成本及模具成本大幅降低。

圖7 組合模結構圖1—鍛坯 2—上模 3—套模 4—鑲套 5—下模 6—頂塊

結束語

組合式模具在使用上有出料與拆解維修方便、使用壽命長等優點，但也存在制造難度大等不足之處，不過綜合考慮來說，改進后的鍛造工藝及組合式模具仍具有工效高、生產成本低、鍛件質量好、操作方便、易于加工等優點，是鍛造回轉體類鍛件切實可行的工藝方案。一年多的生產實踐證明，組合式模具解決了整體式和分體式模具存在的問題，為后期生產其他結構的齒輪鍛件提供了技術支持。