雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪鍛造工藝及模具的改進(jìn)

文／陳欲飛?江蘇清拖農(nóng)業(yè)裝備有限公司鍛造廠

雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪鍛造工藝及模具的改進(jìn)

文／陳欲飛?江蘇清拖農(nóng)業(yè)裝備有限公司鍛造廠

雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪毛坯在鍛造過(guò)程中，整體式模具使用壽命短，生產(chǎn)效率低，在改進(jìn)了鍛造工藝及模具結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了多次試驗(yàn)后，成功解決了上述問題。

拖拉機(jī)傳動(dòng)系中的齒輪件很多，加工技術(shù)難度大，加工過(guò)程中影響因素多，供貨時(shí)間及質(zhì)量都對(duì)生產(chǎn)有較大影響，因此本公司決定試制生產(chǎn)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪的鍛件，以總結(jié)出成熟的鍛造工藝，為將來(lái)所有齒輪鍛件的生產(chǎn)做好技術(shù)準(zhǔn)備工作，達(dá)到降本增效的目的。

雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪的零件圖如圖1所示，根據(jù)零件圖設(shè)計(jì)的鍛件圖如圖2所示，由圖2可知，這是一個(gè)具有3個(gè)臺(tái)階面、上端面帶輪輻、下端面有撥叉槽的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)鍛件。該鍛件的工藝特點(diǎn)是要求鍛件尺寸精度高，材料利用率高，模具結(jié)構(gòu)合理，操作方便。

圖1 零件圖

鍛造工藝的分析

根據(jù)鍛件圖計(jì)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(shí)金屬損耗的重量之和，計(jì)算重量的公式如下：

加熱方法為煤氣發(fā)生爐加熱，燒損率取2.5%，經(jīng)計(jì)算得知該鍛件下料重量為5.9kg。根據(jù)鍛件的形狀，采用鐓粗法鍛制鍛件，對(duì)于圓鋼坯，為避免鐓粗時(shí)產(chǎn)生彎曲，應(yīng)使毛坯高度不超過(guò)其直徑D的2.5倍，但為了在截料時(shí)便于操作，毛坯高度不應(yīng)小于1.25D，綜合考慮，最終選擇直徑為φ80mm的圓鋼毛坯，下料長(zhǎng)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(diǎn)：

⑴成形工藝經(jīng)濟(jì)合理。

⑵鍛造模具合理可靠。

制定一套經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)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(shí)外形為鼓形，其上、下面端直徑在125mm左右，故而在130.5mm的臺(tái)階型腔中能夠定位。事實(shí)上，放在型腔中定位比較準(zhǔn)確，可人工隨時(shí)調(diào)整以保證其不偏心，省略了一道預(yù)鍛工序，降低了成本，提高了效率。

工藝路線的確定

根據(jù)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(zhì)量好，可防止鐓粗時(shí)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(yīng)均勻，采用煤氣發(fā)生爐加熱。煤氣發(fā)生爐的原理是將塊煤置于煤氣發(fā)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(chǎn)生一系列氧化還原反應(yīng)后在出口處得到含有CO、H2等可燃成分的半水煤氣。煤進(jìn)行氣化以后，在加熱室中主要以煤氣的形式進(jìn)行燃燒和加熱，其特點(diǎn)是燃燒方式發(fā)生了根本的變化，由直接燃煤轉(zhuǎn)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(yán)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(zhuǎn)變?yōu)榻K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(guī)格的關(guān)系圖(圖4)并結(jié)合本公司現(xiàn)有鍛造設(shè)備選取，最終選擇鐓粗設(shè)備為750kg空氣錘。

⑷成形。確定成形設(shè)備噸位時(shí)應(yīng)考慮下列幾個(gè)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(chǎn)效率，可使鍛模有正常的使用壽命，設(shè)備可保持正常的工作狀態(tài)，噸位不宜過(guò)大，操作要方便，節(jié)省動(dòng)能。由于影響鍛件成形能量的因素很多，所以只能計(jì)算出設(shè)備大致的噸位，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)視具體情況作相應(yīng)修正，經(jīng)驗(yàn)公式為G＝4F，其中G為設(shè)備噸位(kg)，F(xiàn)為鍛件水平投影面積(mm2)。經(jīng)計(jì)算并結(jié)合廠內(nèi)設(shè)備情況考慮，最終選用1000t雙盤摩擦壓力機(jī)為成形設(shè)備。

圖4 鐓粗毛坯和鍛錘規(guī)格的關(guān)系圖

設(shè)備的選用

⑴下料：G4032A帶鋸床。

⑵加熱：煤氣發(fā)生爐。

⑶鐓粗：750kg空氣錘。

⑷成形：1000t雙盤摩擦壓力機(jī)。

模具的設(shè)計(jì)

由于該鍛件具有3個(gè)臺(tái)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(gè)臺(tái)階面相互位置尺寸的穩(wěn)定性及模具壽命的穩(wěn)定性就顯得尤為重要，這也是模具設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)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(chǎn)時(shí)效果較好，但在進(jìn)入批量較大的生產(chǎn)階段時(shí)暴露出了以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

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

圖5 整體模結(jié)構(gòu)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(fā)，造成模膛內(nèi)冷熱變化快，局部易產(chǎn)生塌陷和龜裂，需要頻繁修理模具，一副模具只能生產(chǎn)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(shí)撥叉槽也無(wú)法修整。

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

為了改善模具壽命短和生產(chǎn)效率低等問題，我們把鍛件的模具結(jié)構(gòu)改為分體式結(jié)構(gòu)，如圖6所示，將下模的材料由原來(lái)的5CrMnMo改為H13熱作模具鋼。在進(jìn)行生產(chǎn)比較后發(fā)現(xiàn)，分體式模具在生產(chǎn)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(chǎn)量在1200件左右，生產(chǎn)效率及鍛件質(zhì)量均得到了提高，生產(chǎn)成本大幅度降低。

存在的問題及改進(jìn)

在大批量生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)操作工和模具修理工為片面追求鍛件產(chǎn)量會(huì)人為降低模具維修質(zhì)量，這就會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致φ130.5mm的中間臺(tái)階高度不穩(wěn)定，使后道機(jī)加工工序失去基準(zhǔn)，產(chǎn)生廢品。

對(duì)于雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪鍛件來(lái)說(shuō)，采用圖5所示的整體式模具結(jié)構(gòu)易使型腔撥叉槽處塌陷，模具壽命低，工效低，成本高，鍛件質(zhì)量也差，而采用圖6所示的分體式結(jié)構(gòu)，中間臺(tái)階尺寸變化大，同時(shí)撥叉槽處塌陷的鍛造缺陷比例較大。

圖6 分體模結(jié)構(gòu)圖1—鍛坯 2—上模 3—套模 4—下模

為從根本上解決中間臺(tái)階尺寸不穩(wěn)定和撥叉槽處塌陷的鍛造缺陷比例較大等問題，我們總結(jié)了前兩種結(jié)構(gòu)的模具在生產(chǎn)過(guò)程中技術(shù)質(zhì)量的得失，設(shè)計(jì)了一套組合式模具，如圖7所示。它將原來(lái)的整體式模具改為3個(gè)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(chǎn)鍛件的尺寸的穩(wěn)定性，又避免了在型腔下端撥叉槽處易產(chǎn)生塌陷和龜裂等缺陷，模具壽命大大提高，生產(chǎn)過(guò)程中維修也方便，每副模具使用壽命達(dá)3500件左右，鍛件質(zhì)量穩(wěn)定，工效大幅提高，班產(chǎn)量達(dá)1500件，生產(chǎn)成本及模具成本大幅降低。

圖7 組合模結(jié)構(gòu)圖1—鍛坯 2—上模 3—套模 4—鑲套 5—下模 6—頂塊

結(jié)束語(yǔ)

組合式模具在使用上有出料與拆解維修方便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在制造難度大等不足之處，不過(guò)綜合考慮來(lái)說(shuō)，改進(jìn)后的鍛造工藝及組合式模具仍具有工效高、生產(chǎn)成本低、鍛件質(zhì)量好、操作方便、易于加工等優(yōu)點(diǎn)，是鍛造回轉(zhuǎn)體類鍛件切實(shí)可行的工藝方案。一年多的生產(chǎn)實(shí)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(chǎn)其他結(jié)構(gòu)的齒輪鍛件提供了技術(shù)支持。