毕业设计(论文)-直齿圆锥齿轮冷闭塞锻造模具设计【全套图纸】.doc
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1、摘 要冷闭塞锻造是国际上九十年代初出现的塑性加工最新技术,是现代计算机技术、材料科学、精密加工、测量技术和计算力学与传统塑性成形技术相结合的产物。作为最先进的精密成形技术之一,冷闭塞锻造工艺以其精密、优质、高效、低消耗、低成本、大批量等生产特点,成为世界塑性加工技术发展的重要方向。长期以来,我国汽车生产,尤其在精密成形技术方面处于落后位置。随着我国汽车生产,尤其是轿车生产的大规模化与全球性竞争的日趋激烈,积极开发冷闭塞锻造成套技术并使之尽快产业化意义重大。本人设计的是用闭塞锻造的方法直接加工成形直齿圆锥齿轮,即通过挤压封闭腔中的坯料来加工成形直齿圆锥齿轮,采用精锻(挤压)方法成形的齿轮有沿齿廓
2、合理分布而连续的金属流线和致密组织,其齿轮的强度、齿面的耐磨能力、热处理变形量和啮合噪声等都优于切削加工的齿轮。与切削加工相比,精锻齿轮的强度可提高20%、抗弯疲劳寿命提高20%、热处理变形量比切削齿轮减少30%、生产效率提高了2倍以上、生产成本降低20%以上。生产批量在300500件以上时,经济上更合理的。关键字:直齿圆锥齿轮、闭塞锻造、挤压、凹模、凸模全套图纸,加527953900AbstractCold unenlightened forging is the plastic processing newest technology which on the international
3、at the beginning of 90s appears, is product which modern computer technology, the materials science, the precise processing, the survey technology and computation mechanics and the traditional plasticity forming technology unifies. One of as most advanced precise formed technologies, the cold unenli
4、ghtened forging craft by its precise, high quality, is highly effective, production characteristic and so on the low consumption, low cost, mass becomes the important direction of the world plasticity processing technological development. Since long ago, our country automobile production is in the b
5、ackward position especially in the precise formed technology aspect. Along with our country automobile production, the passenger vehicle produces large-scale and the global competition in particular is day by day intense, positively develops the cold unenlightened forging complete set technology and
6、 causes it as soon as possible industrial production watershed. My design with the unenlightened forging method direct processing forming straight tooth bevel gear, namely processes the formed straight tooth bevel gear through the precise drop forging, uses the finish forge method forming the gear t
7、o have along the tooth profile reasonable distribution but the continual metal streamline and the compact texture, its gear intensity, the tooth face wear-resisting ability, heat treatment Distortion Quantity and mesh the noise and so on all as a result of the machining gear. Compares with the machi
8、ning, the finish forge gear intensity may enhance 20%, the anti- curved fatigue life enhances 20%, the heat treatment Distortion Quantity ratio cuts the gear to reduce 30%, the production cost reduces above 20%. Production batch when 300 500, in economy more reasonable.Key words: Straight tooth beve
9、l gear, Unenlightened forging, Extrusion, Concave mold, Raised mold.55第1章 绪 论直齿圆锥齿轮是应用极为广泛的重要传动零件。因其形状复杂,材质、尺寸精度、表面质量及综合机械性能均要求很高,很难以常规的塑性加工技术生产。目前,加工直齿圆锥齿轮主要还是以机械加工为主,而采用机械加工又费时、费料、效率低、工序长,所以本设计采用冷闭塞锻造制坯再进行少量切削加工(或无机加工)的制造方法。 近年来,随着机械工业,尤其是汽车工业的飞速发展与国际竞争的激化,零部件及其设计与生产过程的高精度、高性能、高效率、低成本、低能耗、省资源已成为提高
10、产品竞争力的唯一途径。常规切削加工技术和完全拘泥于传统的粗放型塑性加工制坯工艺难以满足要求,传统的塑性加工技术与现代高新技术全方位的密切结合,实现塑性加工的智能化、精密化、高效率低成本以及可持续发展,已成为现代塑性加工技术发展的普遍趋势和方向。11 国外的发展现状 在汽车工业发达的国家,冷精密锻造技术迅速发展并发挥重要作用。冷精密锻造技术已经从最初简单的自行车零件、农用机械零件、普通精度零件的应用向汽车高精度复杂锻件方向突破,其中最为引人注目的是以精密冷塑性成形技术作为基本支持的轿车复杂结构零件的产品设计。冷闭塞锻造工艺是近几年发展起来的先进制造技术。作为精密复杂零件生产的重要途径,冷闭塞锻造
11、技术,又称为复动成形技术,因其精密、优质、高效、低消耗、低成本、大批量等生产特点而为汽车工业所瞩目。以智能化技术为应用背景的冷闭塞锻造工艺成为现代塑性体积成形技术发展的重要方向。当前钢制零件的冷锻技术最为发达的国家当首推日本和德国。德国自五十年代起就将冷锻技术应用于金属加工工业。曾被用于军工生产的冷锻技术现在主要的面向对象是汽车工业,其中70%用于轿车业。在欧洲,轿车冷锻件总产量每年达到20万吨。这些零件代替了过去采用机加工或热锻成形的零件,广泛用于变速箱、差速器、发动机、驱动和转向系统。德国舒勒公司的统计结果表明:德国冷锻件总产量的增加已远远高出轿车产量的增长,冷锻成形工艺的应用范围及其在轿
12、车零件中的品种不断扩大。在轿车工业发达的日本,冷锻技术受到特别重视,六十年代冷锻技术主要用于轴类、活塞销、回转体法兰、紧固件等简单零件;七十年代发展到形状复杂的产品;八十年代以后开发出伞齿轮、等速万向节、十字轴等高难度冷锻件。当代国外的冷锻生产具有下列特点:(1)冷锻已由单工位发展到多工位生产,以合理减少每工序的变形量,减轻模具负荷,增加模具寿命,提高工艺稳定性。(2)由冷锻发展到温锻进而又由温锻发展到温冷联合成形工艺,以适应大型高精度零部件的生产。(3)闭塞锻造工艺的应用越来越广泛。由于可在一次变形工序中获得较大的变形量和复杂的型面,并且具有高效率及较高的模具寿命,因此闭塞锻造特别适合复杂零
13、件的精密成形。现已发展了闭塞锻造专用压力机和在通用单动压力机实现闭塞锻造的专用模架。(4)冷锻专业化生产程度越来越高,锻造专业厂、专业模具厂迅猛发展。(5)冷锻设备得到充分的发展、高质量、高性能的多工位冷压力机、闭塞锻造专用压力机等获得广泛的应用。(6)冷锻用钢专门化。美国、德国、日本等都根据本国的资源情况发展了冷锻专用钢。如美国侧重于发展含硼的冷锻钢,而日本、德国主要发展含铬、钼的冷锻用钢。冷锻专用钢的开发和使用,不仅使冷锻生产效率有很大提高,更主要是从材料上充分满足了冷锻的工艺要求,提高了冷锻工艺水平,降低了冷锻成本。冷锻专用钢的发展和冷锻技术的发展互相促进,形成了良性循环。(7)计算机应
14、用技术得到广泛应用。由于冷锻零件复杂性及市场对于开发周期,制件质量及成本的要求,以有限元技术为先导与核心的数值模拟与分析技术已成为冷温成形研究与应用中的重要方面。CAD/CAM/CAE技术已较多地应用于模具设计、工艺设计和模具失效分析方面。(8)成形零部件品种越来越多,体积越来越大,形状越来越复杂。冷锻部件由传统的活塞销、轮胎螺母、球头销等发展到等速万向节,发电机爪极,伞齿轮、十字轴、三销轴、变速器、螺旋传动齿轮、汽车后轮轴等。(9)以计算机辅助技术为依托,冷锻生产由大批量向多品种小批量方面发展,顺应产品生产的个性化发展趋势。12 国内的发展现状在国内,由于各方面的原因,特别是由于汽车工业长期
15、处于小批量生产,我国的冷锻技术未能得到健康的发展。至二十世纪八十年代,除了少数自行车零件和汽车标准件以及活塞销等生产坚持冷锻工艺外,绝大部分汽车零件采用热锻机加工工艺生产。建国以来,我国汽车生产主要围绕载重车进行发展,轿车作为奢侈品,在相当长的时间内没有得到发展。因此我国冷锻生产虽然起步较早,却迟迟未有发挥其巨大优势的用武之地。此外冷锻生产涉及成形工艺技术、模具技术、材料科学、表面处理技术乃至质量管理等当代科技硬件和软件技术,相关工艺技术也制约了冷锻技术发展和工艺水平的提高。近几年,随着我国汽车尤其是轿车工业的发展,国内企业界有识之士已充分认识到这一点。轿车工业高投入,大批量和高技术含量的要求
16、,其零部件结构复杂、精度高,使得采用纯切削加工方法引起的耗时、费料等诸多弊端已远不能令企业接受。国内一些专业生产厂如扬州第一汽车齿轮厂、扬州太平洋精密锻造公司、江苏森威集团,相继引进了日本冷锻技术和设备、瑞士冷摆碾设备等,用于包括轿车差速器伞齿轮、等速万向节星形套、花键轴等冷精密复杂零件的研制。近年来,吉林大学辊锻所在国内率先开展了直齿圆拄齿轮冷精密锻工艺及其相关生产技术的研究,取得良好效果。目前正在自主研究开发轿车复杂零件冷闭塞锻造技术。有关专家指出,以轿车工业的迅速发展为契机,推动我国冷精密锻造及相关技术的发展与进步,使我国冷精密锻技术进入世界先进行列,是国内塑性加工业现在乃至未来数年的主
17、攻目标。第2章 冷闭塞锻造概述21 闭式挤压 冷闭塞锻造技术特别适合生产类似直齿圆锥齿轮、差速器伞齿轮、等速万向节星形套、十字轴、三销轴等形状复杂、性能要求高、加工难度大的关键零部件。冷闭塞锻造就是在室温下通过闭式挤压坯料使之直接成形为产品零件。闭式挤压是金属压力加工的一种无切削加工工艺,将挤压模具装在压力机或液压机上,利用压力机或液压机的往复运动,在室温下使金属在三向压应力状态下发生塑性变形,从而挤出所需尺寸、形状及性能的零件。从金属塑性变形原理可知,当金属坯料处于三向应力状态下变形时,能大大提高金属的塑性,允许金属有较大的变形。因此,金属挤压工艺不仅可以成形各种复杂的零件,而且还使低塑性金
18、属和合金有成形加工的可能性。由于闭式挤压坯件受三向不均匀压应力作用,故可得到坯件与挤压中凸模紧密贴合的高精度型腔。但挤压所需的单位压力大,基准凸模受压力很大(高达1800MPa3500MPa),因而降低了凸模的使用寿命。即使挤压中等尺寸的型腔,也需要很大的压力。闭式挤压时,需采用容料坑或者减压穴的坯件,使被挤出的大部分金属流入其中,减小单位挤压力。22 冷闭塞锻造成形的优点 在机械制造工艺领域内广泛采用挤压先进技术,取得了显著的成效。近年来,各种挤压工艺的发展,已使它成为金属压力加工中先进工艺之一,无论在技术上和经济上它都有很多的优点。(1)节约原材料,降低成本。复杂零件冷闭塞锻造技术可实现少
19、无切削加工,显著提高了材料利用率,节省大量的优质钢材,大幅度降低了生产成本。以下图所示的接头为例:旧工艺用棒料直接车出零件,后改用挤压毛坯,使生产率提高了2.2倍,材料利用率提高1.6倍。 挤压件 车出件 (2)省工时、缩短生产周期、提高生产效率。在现代工业体系中,提高大量生产的水平实际上就等于降低了每个零件的价格。采用冷闭塞锻造工艺可一次成形精密复杂汽车零件,省去了大量机加工工时,大幅度提高了生产效率。 (3)降低能源消耗、节省了设备投资。冷闭塞锻造属无飞边、复动精密成形。工作压力小,总工序的减少带来了设备投资、刀具消耗及燃料动力费用等的大幅度降低,节省了能源消耗。 (4)成形件综合性能优良
20、,提高了零件的机械性能。切削加工把金属内部的纤维割断,从而降低了零件的机械性能。冷闭塞锻造精密成形,在挤压的过程中,金属是处于三向应力状态,变形后能在成形零件内部形成致密均匀的材料纤维组织,金属流线沿表面轮廓连续、且分布合理,形成表面加工硬化层以及圆滑过度的圆角沟槽。由于冷闭塞锻造精密成形制件的主要轮廓(如齿轮齿面)不再进行机加工,这种合理的金属纤维及良好的表层组织并不破坏,而且在挤压的过程中产生很高的温度,相当于对制件进行了一次热处理,从而大大提高零件的耐磨性、机械性能与疲劳寿命等。(5)提高了零件的精度及表面粗糙度并且模具寿命高。在挤压过程中,金属表面在高压下受到模具表面的熨平,因此零件的
21、表面粗糙度很细,可达Ra1.60.2,尺寸精度的公差范围最高可控制到0.015mm。挤压工艺可以获得较理想的制件表面粗糙度与尺寸精度,有些零件经挤压之后不再进行切削加工。 (6)可加工形状复杂的零件。在压力机的往复直线动作下完成复杂的加工工序,并可以制成形状复杂的零件,如锥齿轮、十字轴等。23 挤压件分类多数挤压件的外形以轴对称为主。由于零件的形状不同,挤压变形时应根据零件的变形方法及模具中金属流动方式不同。挤压件有:正挤压件:挤压时金属流动方向与凸模运动方向相同;反挤压件:挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反;复合挤压件:挤压时金属沿凸模运动方向和相反方向同时流动;径向挤压件:挤压时金属流动
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