采煤機(jī)齒輪件鍛造模具設(shè)計(jì)

侯軍， 張寬， 楊寧， 王超

（西安煤礦機(jī)械有限公司，西安710032）

采煤機(jī)齒輪件鍛造模具設(shè)計(jì)

侯軍， 張寬， 楊寧， 王超

（西安煤礦機(jī)械有限公司，西安710032）

針對(duì)采煤機(jī)左搖臂傳動(dòng)用齒輪件的結(jié)構(gòu)，材質(zhì)，組織狀態(tài)等基本參數(shù)的分析，對(duì)齒輪鍛造成型模具進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，著重考慮了變形應(yīng)力對(duì)齒輪材料性能的影響，通過(guò)跟蹤分析及嘗試試驗(yàn)，選擇最合適的圓弧倒角過(guò)渡尺寸，保證了齒輪零件的成型尺寸，降低了彎角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象。最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的合格和穩(wěn)定。

齒輪；鍛造；模具設(shè)計(jì)：應(yīng)力集中

0 引言

我公司是生產(chǎn)煤炭采掘機(jī)械的重點(diǎn)企業(yè)，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外，隨著能源的重要性日益突出，公司對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量也提出了更高的要求。公司生產(chǎn)采煤機(jī)各機(jī)型的左右搖臂，其中裝有行星減速機(jī)構(gòu)，由于礦井工作環(huán)境惡劣，齒輪經(jīng)常承受過(guò)載及非常大的沖擊載荷，易損壞，為保證生產(chǎn)，需迅速生產(chǎn)齒輪易損件，而一個(gè)使用效果好、壽命長(zhǎng)的鍛造模具就顯得尤為重要。

1 齒輪結(jié)構(gòu)分析

圖1 齒輪

齒輪材料為18Cr2Ni4WA，此材料是一種高強(qiáng)度、高韌性、高淬透性的合金滲碳鋼，常用于制作采煤機(jī)的重負(fù)荷和耐磨齒輪。該齒輪在采煤機(jī)搖臂中起重要傳動(dòng)作用，如圖1所示。

搖臂所用齒輪件的外形結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，同時(shí)外圓橫斷面進(jìn)行了收縮，對(duì)鍛造加工造成了一定的影響。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到齒輪件材料是通過(guò)模具擠壓成型，為此設(shè)計(jì)了一個(gè)封閉模型的結(jié)構(gòu)，包括上蓋、外套、下墊。由于齒輪零件規(guī)范對(duì)稱(chēng)，上蓋和下墊采用相同的形狀尺寸設(shè)計(jì)，如圖2、圖3所示。

圖2 上、下蓋

圖3 外套

2.1 材料要求

根據(jù)綜合考慮，材料選擇為5CrMnMo，該材料為熱作模具鋼，適于制作邊長(zhǎng)小于500 mm的中型錘鍛模。材料成分如表1。

表15 CrMnMo成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

2.2 壁厚要求

在鍛造過(guò)程中時(shí)刻承受著鍛錘的擊打，模具時(shí)刻承受著沖擊功，我們要求模具吸收的動(dòng)能小于產(chǎn)生裂紋所需的能量，經(jīng)過(guò)大量工裝模具的使用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證：直徑小于φ400 mm，外套最薄處壁厚要求35 mm以上，直徑大于φ400 mm，外套最薄處壁厚要求40 mm以上，這樣可以保證工具的使用率達(dá)到10次以上。本例中壁厚尺寸選取了40 mm。

2.3 倒角及圓角要求

在鍛造過(guò)程中，尖角處應(yīng)力集中，極容易變形開(kāi)裂，導(dǎo)致整個(gè)零件報(bào)廢，所以要在圓角處以適當(dāng)?shù)牡菇沁^(guò)渡，由于每個(gè)零件截面變化大小不一，對(duì)于倒角尺寸的選擇必須慎之又慎，我們?cè)x用R8圓角，在實(shí)際使用過(guò)程中，圓角處磨損嚴(yán)重，還出現(xiàn)零件拐角處應(yīng)力集中現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)摸索實(shí)踐，確定出R10圓角為合適尺寸。

2.4 拔模斜度

模具在設(shè)計(jì)過(guò)程中要留有拔模斜度。拔模斜度與零件材料、模具粗糙度、熱脹冷縮系數(shù)等有關(guān)，一般情況拔模斜度選取3°～5°。特殊零件結(jié)構(gòu)根據(jù)形狀和實(shí)際要求可適當(dāng)增加。本例通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算公式得出零件尺寸如圖2所示。

2.5 粗糙度要求

模具對(duì)零件進(jìn)行擠壓變形時(shí)，表面粗糙度對(duì)加熱零件的流動(dòng)性影響極大，要求與零件直接接觸面的表面粗糙度為Ra3.2。以保證零件的沖型能力良好。非重要加工面要求為Ra12.5。外套外表面與機(jī)械手鉗口接觸，可以不加工，對(duì)表面粗糙度不做要求。

2.6 零件的機(jī)械加工精度

零件表面粗糙度低于Ra1.6，機(jī)械加工余量從國(guó)標(biāo)GB/T 12362-2003中查得，粗糙度高于Ra1.6，加工余量要適當(dāng)加大，對(duì)在鍛件相鄰部位截面變化較大的零件，在高度方向適當(dāng)加大局部余量。本例中單邊余量為0.2 mm。

經(jīng)過(guò)總體的設(shè)計(jì)規(guī)劃，鍛造工裝裝配圖如圖4。

圖4 燜模

工裝使用時(shí)，首先將下墊與外套形成一個(gè)封閉的模腔，方便零件放入，在模腔內(nèi)對(duì)零件進(jìn)行錘擊變形，使零件向所需形狀變化，最后將上蓋擊打進(jìn)外套，在上蓋、外套、下墊的各項(xiàng)約束下，鍛造出所要求尺寸的零件毛坯。

3 結(jié)語(yǔ)

本鍛造模具經(jīng)投產(chǎn)使用，成功制作出符合工藝結(jié)構(gòu)尺寸要求以及使用性能要求的零件，節(jié)約了昂貴的材料費(fèi)用。模具壽命明顯提高，材料利用率進(jìn)一步提升，在節(jié)約了大量生產(chǎn)成本的同時(shí)，保證并提高了產(chǎn)品質(zhì)量，使采煤機(jī)質(zhì)量更加安全可靠，同時(shí)提高了齒輪零件的使用性能，為公司贏(yíng)得了更多的用戶(hù)。

［1］ 黃毅宏，李明輝.模具制造工藝［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程學(xué)會(huì).鍛壓手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

（編輯啟 迪）

TG 31

B

1002－2333（2014）05－0295－02

侯軍（1987—），男，助理工程師，主要從事產(chǎn)品工藝技術(shù)工作。

2014-02-18