侯軍， 張寬， 楊寧， 王超

（西安煤礦機械有限公司，西安710032）

采煤機齒輪件鍛造模具設(shè)計

侯軍， 張寬， 楊寧， 王超

（西安煤礦機械有限公司，西安710032）

針對采煤機左搖臂傳動用齒輪件的結(jié)構(gòu)，材質(zhì)，組織狀態(tài)等基本參數(shù)的分析，對齒輪鍛造成型模具進行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，著重考慮了變形應(yīng)力對齒輪材料性能的影響，通過跟蹤分析及嘗試試驗，選擇最合適的圓弧倒角過渡尺寸，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：應(yīng)力集中

0 引言

我公司是生產(chǎn)煤炭采掘機械的重點企業(yè)，產(chǎn)品遠銷國內(nèi)外，隨著能源的重要性日益突出，公司對產(chǎn)品的質(zhì)量也提出了更高的要求。公司生產(chǎn)采煤機各機型的左右搖臂，其中裝有行星減速機構(gòu)，由于礦井工作環(huán)境惡劣，齒輪經(jīng)常承受過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，而一個使用效果好、壽命長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，此材料是一種高強度、高韌性、高淬透性的合金滲碳鋼，常用于制作采煤機的重負荷和耐磨齒輪。該齒輪在采煤機搖臂中起重要傳動作用，如圖1所示。

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

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮到齒輪件材料是通過模具擠壓成型，為此設(shè)計了一個封閉模型的結(jié)構(gòu)，包括上蓋、外套、下墊。由于齒輪零件規(guī)范對稱，上蓋和下墊采用相同的形狀尺寸設(shè)計，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)量分數(shù)%

2.2 壁厚要求

在鍛造過程中時刻承受著鍛錘的擊打，模具時刻承受著沖擊功，我們要求模具吸收的動能小于產(chǎn)生裂紋所需的能量，經(jīng)過大量工裝模具的使用經(jīng)驗驗證：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

在鍛造過程中，尖角處應(yīng)力集中，極容易變形開裂，導致整個零件報廢，所以要在圓角處以適當?shù)牡菇沁^渡，由于每個零件截面變化大小不一，對于倒角尺寸的選擇必須慎之又慎，我們曾選用R8圓角，在實際使用過程中，圓角處磨損嚴重，還出現(xiàn)零件拐角處應(yīng)力集中現(xiàn)象，經(jīng)過摸索實踐，確定出R10圓角為合適尺寸。

2.4 拔模斜度

模具在設(shè)計過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)形狀和實際要求可適當增加。本例通過三角函數(shù)計算公式得出零件尺寸如圖2所示。

2.5 粗糙度要求

模具對零件進行擠壓變形時，表面粗糙度對加熱零件的流動性影響極大，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。外套外表面與機械手鉗口接觸，可以不加工，對表面粗糙度不做要求。

2.6 零件的機械加工精度

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

經(jīng)過總體的設(shè)計規(guī)劃，鍛造工裝裝配圖如圖4。

圖4 燜模

工裝使用時，首先將下墊與外套形成一個封閉的模腔，方便零件放入，在模腔內(nèi)對零件進行錘擊變形，使零件向所需形狀變化，最后將上蓋擊打進外套，在上蓋、外套、下墊的各項約束下，鍛造出所要求尺寸的零件毛坯。

3 結(jié)語

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)約了昂貴的材料費用。模具壽命明顯提高，材料利用率進一步提升，在節(jié)約了大量生產(chǎn)成本的同時，保證并提高了產(chǎn)品質(zhì)量，使采煤機質(zhì)量更加安全可靠，同時提高了齒輪零件的使用性能，為公司贏得了更多的用戶。

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

［2］ 中國機械工程學會塑性工程學會.鍛壓手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

（編輯啟 迪）

TG 31

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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