齒輪類鍛件小孔成形工藝改進

文／高彬，余意·陜西法士特齒輪有限責任公司

齒輪類鍛件的生產過程為下料→加熱→鍛造→熱處理→拋丸，其中鍛造工序一般包括鐓粗、預鍛、終鍛、沖孔四個工步，沖孔是齒輪類鍛件鍛造過程中的最后一個工步。沖孔是使用模具將鍛件中間的連皮去掉，使齒輪鍛件中間形成需要的通孔。受限于模具和工藝，通常情況下對于直徑小于25mm 的孔不鍛造，采用直接機加工鉆孔。但是，鍛件鉆孔既浪費鍛造生產線壓力機，又增加了鉆孔成本，還延長了零件的生產周期。所以，直徑小于25mm 的孔鍛造成形問題值得探討和解決。

鍛造成形工藝分析

對圖1 所示的鍛件進行鍛造工藝分析。由于該鍛件重量較小，生產時安排至630t 螺旋壓力機生產線，具體鍛造工藝及設備：選用φ45mm×68.7mm坯料，圓盤鋸下料；采用中頻感應加熱爐加熱至(1200±50)℃；開式壓力機鐓粗；成形選用630t 電動螺旋壓力機；沖孔選用250t 閉式單點壓力機。

圖1 鍛件毛坯圖

終鍛工步工裝

原有小直徑內孔終鍛工裝如圖2 所示，由上模、下模、鑲塊和頂桿四部分組成。鍛造過程：鐓粗餅子放入終鍛模具型腔內，螺旋壓力機滑塊帶動上模向下運動，最終將鐓粗餅子在型腔內擠壓成形。

圖2 終鍛工裝圖

該鍛件內孔直徑為17.4mm，頂桿直徑20mm。為了保證安裝和頂出順暢，一般會在頂桿和下模之間留有0.5mm 左右的間隙，鍛造過程中為了保證鍛件充滿，會加大設備打擊能量，在下模頂桿處有一圈毛刺，且毛刺的位置處于鍛件下端面。下端面的毛刺會導致沖孔時鍛件放不正，沖孔偏。

沖孔工步工裝

常用的沖孔工裝主要由沖頭座、沖頭、沖孔凹模組成，如圖3所示。在沖小孔時，會存在以下兩個問題。

圖3 沖孔工裝圖

⑴沖頭直徑小，與沖頭座螺紋連接處的壁厚較薄，頻繁受力容易發生斷裂；

⑵小直徑鍛件在沖孔的過程中，沖頭刃口與鍛件接觸距離長，時間長，導致沖頭升溫快，刃口容易變鈍，如果給沖頭增加水霧冷卻，沖頭容易出現裂紋，導致報廢。

鍛造成形工藝改進

針對該鍛件下端面毛刺和難沖孔的問題，對現有的終鍛、沖孔工序工裝進行改進。

終鍛工裝改進

為防止鍛件下端面出毛刺，將原有的頂桿和下模芯的結構改為如圖4 所示的結構。將頂桿改為頂桿加墊塊的結構，整體式頂桿相比于原有的結構，減掉0.5mm 的間隙，從而防止了鍛件下端面帶毛刺的現象，方便鍛件在沖孔時的定位。

圖4 改進后終鍛工裝圖

沖孔工裝改進

為解決沖頭容易斷裂的問題，采用圖5 所示的整體結構，省去了螺紋孔，增加了沖頭強度。為解決沖頭過熱和變鈍的問題，使用材料為H13 的沖頭。同時用壓縮空氣帶動水霧對沖頭進行冷卻，增加沖頭壽命，保證沖孔質量。

圖5 改進后沖孔工裝圖

采用整體式頂桿和材料為H13 的一體式沖頭，在630t 電動螺旋壓力機生產的小孔鍛件，如圖6 所示。

圖6 沖孔后的鍛件

結論

在現有鍛造設備及工裝的基礎上，通過對成形工裝和沖孔工裝的改進，直接將直徑小于30mm 的孔鍛造成形，省去鉆孔工序，縮短生產周期，降低零件生產成本，該鍛造成形工藝適合推廣和應用。