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小齿轮件的成形工艺及模具设计

1引言冷挤压技术是一种高精、***、优质低耗的***生产工艺技术，是零件成形加工的主要方法之一。而齿轮和花键形状复杂，尺寸精度、表面质量及综合机械性能等要求均很高，而且常温下金属的变形能力低、流动性差，这些原因导致锻造载荷陡增、齿形型腔角隅充填能力锐减，模具处于极限加工状态，带来易磨损、弹性变形严重、寿命低等弊病。如果采用流线型的挤压过渡型腔，能改善金属流动的均匀性，降低成形压力，提高齿轮和花键挤压成形的精度。2工艺分析2．1成形工艺设计图1为小齿轮件的零件图，材料为40Cr，零件一端为齿轮，另一端为花键。齿轮参数为：齿数Z=8，模数m=1．5，齿形为渐开线，压力角口=20°，齿顶圆直径da=13ram，齿根圆直径df=11 mm，精度等级为IT6～IT7。根据对零件的分析得出小齿轮件的成形工艺方案为：精剪下料一挤压小端一正挤花键-镦粗一反挤齿轮、齿轮孔成形一挤台阶一齿轮部分精整成形，如图2所示。2．2坯料形状和尺寸的确定坯料形状和尺寸对冷挤压件的充填性能和模具寿命影响很大。根据小齿轮件的形状特点，同时为了便于送料以及有利于坯料的***，故选用圆柱形坯料。毛坯的体积是根据变形前后的体积不变定律计算，经计算确定毛坯直径为12 mm，长度为27mm。20世纪50年代前，齿轮多用碳钢，60年代改用合金钢，而70年代多用表面硬化钢。2．3坯料的软化处理小齿轮件的材料为40Cr，其供应状态强度高、变形抗力大、塑性较差且有加工硬化存在。加工前要对坯料进行充分的软化处理，降低变形抗力，提高塑性，以满足冷挤压成形工艺。退火处理过程如图3所示。经退火处理后，材料硬度达到150～163HBS。

齿轮加工生产的形式

齿轮加工生产的形式齿轮生产的形式按照齿面按硬度可区分为硬齿面和软齿面两种：1）硬齿面：齿面硬度HB＞350。这种齿轮生产的承载能力高，在齿轮精切之后进行淬火、表面淬火或渗碳淬火，一般齿面硬度HR***5～65。但在热处理中，齿轮生产时不可避免地产生变形，因此在热处理之后须进行磨削、研磨或精切，以消除因变形产生的误差，提高齿轮的精度。如果硬齿面齿轮精度不够，其承载能力往往不如软齿面的。经渗氮处理的齿面硬度HV≥600，抗胶合能力较高。由于渗氮时温度较低，齿轮的变形很小，可不再进行机械加工，但渗氮层较薄，适于制造小尺寸的齿轮，但不能承受冲击载荷或磨料磨损。 齿条分为斜齿齿条和直齿齿条两种，分别和斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮两种齿轮相互配合使用，齿条的齿廓为直线而不是渐开线，相当于一个无穷大的圆柱齿轮一样。齿条加工的方法有很多种，每一种都是根据材料以及对齿条精度的要求不一样才选择正确的加工方式。 齿条加工的方式主要是有两种，针对一些精度比较高的、硬度非常大的齿条进行加工，包括对材料进行热处理、加工齿形等，采用的是两次线切割齿形以及两次齿形热处理的方式。无论通过何种途径，原材料到厂后都要经过严格的化学成分检验、晶粒度测定、纯洁度评定，确保原材料的质量，其目的是及时调整热处理变形，提高齿形加工中的质量。在这其中一次热处理是用来消除一下齿条材料的内应力，然后再进行一次线切割齿形，齿形留2mm的余量就行；二次采用热处理的方式使齿形的硬度能够达到使用的要求，再对齿条的两端进行堆焊铜层，在车线和消磨外圆之后，进行二次线切割齿形，达到齿条与外圆同轴的水平。 齿条经过这两次热处理和两次线切割齿形的循环交替进行，使得制成的齿条既克服热处理后材料容易出现淬透性的问题，还能够达到硬度的要求，又保证了齿形高精度的要求，同时又能够提高了齿形与外圆的同轴度。所以这种方法有很大的优势，就是在保证齿形整体的硬度能够达到要求的同时，使得齿形的精度又能够符合设计的要求，这样就大大提高了齿条的加工质量。

苏州奥本马精密机械有限公司于2013年6月在中国苏州注册成立，主要从事中小模数传动机械齿轮，涡轮，蜗杆，伞齿轮，螺旋锥齿轮，轴齿轮，齿轮箱等，零部件生产和研发，服务于汽车制造行业，纺织机械，航空航天，工业零件行业，电子行业，家用电器等领域。在公元前100年，亚历山人的发明家赫伦发明了里程计，在里程计中使用了齿轮。

齿轮的加工方式

渐开线齿轮加工方法有2大类，一个是仿形法，用成型铣刀铣出齿轮的齿槽，是“模仿形状”的。另一个是范成法（展成法）。

(1)滚齿机滚齿：可以加工8模数以下的斜齿

(2)铣床铣齿：可以加工直齿条

(3)插床插齿：可以加工内齿