小齒輪件的成形工藝及模具設計

1引言冷擠壓技術是一種高精、、低耗的先進生產(chǎn)工藝技術，是零件成形加工的主要方法之一。而齒輪和花鍵形狀復雜，尺寸精度、表面質(zhì)量及綜合機械性能等要求均很高，而且常溫下金屬的變形能力低、流動性差，這些原因?qū)е洛懺燧d荷陡增、齒形型腔角隅充填能力銳減，模具處于極限加工狀態(tài)，帶來易磨損、彈性變形嚴重、壽命低等弊病。如果采用流線型的擠壓過渡型腔，能改善金屬流動的均勻性，降低成形壓力，提高齒輪和花鍵擠壓成形的精度。2工藝分析2．1成形工藝設計圖1為小齒輪件的零件圖，材料為40Cr，零件一端為齒輪，非標齒輪定制，另一端為花鍵。齒輪參數(shù)為：齒數(shù)Z=8，模數(shù)m=1．5，齒形為漸開線，壓力角口=20°，齒輪，齒頂圓直徑da=13ram，齒根圓直徑df=11 mm，精度等級為IT6～IT7。根據(jù)對零件的分析得出小齒輪件的成形工藝方案為：精剪下料一擠壓小端一正擠花鍵-鐓粗一反擠齒輪、齒輪孔成形一擠臺階一齒輪部分精整成形，如圖2所示。2．2坯料形狀和尺寸的確定坯料形狀和尺寸對冷擠壓件的充填性能和模具壽命影響很大。根據(jù)小齒輪件的形狀特點，同時為了便于送料以及有利于坯料的定位，故選用圓柱形坯料。毛坯的體積是根據(jù)變形前后的體積不變定律計算，經(jīng)計算確定毛坯直徑為12 mm，長度為27mm。2．3坯料的軟化處理小齒輪件的材料為40Cr，其供應狀態(tài)強度高、變形抗力大、塑性較差且有加工硬化存在。加工前要對坯料進行充分的軟化處理，降低變形抗力，提高塑性，以滿足冷擠壓成形工藝。退火處理過程如圖3所示。經(jīng)退火處理后，材料硬度達到150～163HBS。

發(fā)展歷史：

漢初年（公元 1世紀）已有人字齒輪。三國時期出現(xiàn)的指南車和記里鼓車已采用齒輪傳動系統(tǒng)。晉代杜預發(fā)明的水轉(zhuǎn)連磨就是通過齒輪將水輪的動力傳遞給石磨的。史書中關于齒輪傳動系統(tǒng)的早記載，是對唐代一行、梁令瓚于 725年制造的水運渾儀的描述。北宋時制造的水運儀象臺（見中國古代計時器）運用了復雜的齒輪系統(tǒng)。明代茅元儀著《武備志》（成書于1621年）記載了一種齒輪齒條傳動裝置。1956年發(fā)掘的河北安午汲古城遺址中，發(fā)現(xiàn)了鐵制棘齒輪，輪直徑約80毫米，雖已殘缺，但鐵質(zhì)較好，經(jīng)研究，確認為是戰(zhàn)國末期（公元前3世紀）到西漢(公元前206～公元24年)期間的制品。1954年在山西省永濟縣蘗家崖出土了青銅棘齒輪。參考同坑出土器物，可斷定為秦代(公元前221～前206)或西漢初年遺l物，小齒輪加工，輪40齒，直徑約25毫米。關于棘齒輪的用途，迄今未發(fā)現(xiàn)文字記載，推測可能用于制動，以防止輪軸倒轉(zhuǎn)。1953年陜西省長安縣紅慶村出土了一對青銅人字齒輪。根據(jù)墓結構和墓葬物品情況分析，可認定這對齒輪出于東漢初年。兩輪都為24齒，直徑約15毫米。衡陽等地也發(fā)現(xiàn)過同樣的人字齒輪。

傳動齒輪的加工方法：剃齒剃齒都是依據(jù)螺旋齒輪嚙合基本原理開展加工的，剃齒加工是隨意嚙合展成法。即鋼件與數(shù)控刀片中間無剛度的健身運動聯(lián)絡。剃齒刀自身是一個漸開線齒輪螺旋齒輪，在其齒表面從齒抵到輪齒打有槽，以產(chǎn)生切削刃而開展切削。剃齒時，因為數(shù)控刀片和鋼件的中心線相互之間交叉式，在齒表面沿其母線槽方位造成拖動速率份量（即切削健身運動），剃齒刀的切削刃就從傳動齒輪表層上剃下太薄的一層金屬材料。

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