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摘要：齿轮锻件自由锻工艺流程分为五个流程，分别是绘制锻件图、确定坯料质量与尺寸、制定变形工艺过程、锻造吨位和设备的选定、锻造温度的确定。自由锻造的工序可划分为基本工序、辅助工序、精整工序三大类。基本工序主要针对齿轮锻件塑形的基础流程，而辅助工序主要针对镦粗和拔长的工序，进行冲孔和弯曲的工艺。而精整工艺主要对齿轮锻件进行工艺的精加工，保证齿轮锻件的平整度和精准度，进行切割、扭转和错移等工序的开展。
关键词：齿轮锻件；自由锻；工艺流程
在齿轮锻件自由锻工艺的流程上较为复杂，需要经过镦粗拔长、冲孔弯曲、切割扭转等工艺流程。在锻件图的绘制上，要考虑锻造的公差，避免锻件锻造的误差。而对于坯料质量和尺寸的确定，要确定高径的比值。变形工艺要制订锻造的设备，锻造设备吨位的选择要合理，在锻造流程中，还要保证锻造的温度适中，锻造吨位根据锻件的横截面积和刚度系数决定，规范锻造的温度要符合锻造的规范标准，提升锻件的韧性和硬度。
1工艺规程的制定
1.1绘制锻件图
在锻件图的绘制上，根据要锻造锻件的基本样图进行设计，同时根据自由锻的锻造工艺特点，对坯料余块进行测量，保证锻造的偏差值最小。
1.2坯料质量和尺寸的确定
坯料质量和尺寸的确定分为质量的计算和尺寸的计算。坯料质量的计算为锻造质量、灼烧质量、坯料头部质量和坯料芯体质量四部分质量之和组成。对于坯料尺寸的计算，只要跟锻件锻造的工序有关，齿轮锻件多为饼块状或是空心状的锻件结构，因此在镦粗的工序上，坯料的直径为高度的2倍，这样镦粗制造出的锻件不易发生镦弯，也就是坯料高径的比值不能超过2。在截料时便于镦粗的操作便利，因此坯料的高径比值大于1.25，同时小于2。
1.3变形工艺过程的制订
在齿轮的锻造上，要考虑变形工艺过程的制定，一般以横向的尺寸大于坯料的高度为主，进行坯料的镦粗，锻件在镦粗的过程中，出现锻件的凸肩时，按照凸肩尺寸的大小，选择相适宜的垫圈进行再次地镦粗。若面对空心状的锻件，中心口还要进行冲孔流程，之后再进行扩孔等工序。
1.4选定锻造吨位和设备
锻造吨位以及设备选定，锻锤吨位按照G=（0.002-0.0003）kF式子进行吨位的换算，其中G是吨位的重力，K是钢材强度系数，F则是坯料的横截面积，横截面积越大，吨位越大，相应强度系数越小。
1.4确定锻造温度及规范造温温度范围
锻造温度的确定范围分为三部分。第一，确定锻造温度的范围。确定坯料造锻造温度的适宜范围，保障坯料的塑性和变形抗力，优质的锻造温度具备较宽温度范围和较少的加热次数。第二，确定加热与冷却温度范围。保障坯料的热导性，对于直径小于200毫米的碳素钢锻件进行高温装炉煅烧，高炉的温度控制在1300度左右，坯料到达锻造温度，立刻出炉锻造，而冷却的温度控制在1000度。第三，冷却方法的选取。锻件的冷却选用空冷或坑冷，在碳素钢和轴承钢的冷却上用鼓风机快速冷却到达300度，在放入炉中缓慢冷却。
2具体设计方法与步骤
2.1设计绘制锻件图
该零件材料为40Cr，生产批量小，采取自由锻锻造齿轮坯。齿轮上的齿形，圆周小凹槽，凸肩以及8×φ30mm通孔等部分，采用自由锻方法很难成形这些部位，因此考虑到技术上的可行性和经济性，决定不与锻出，并采用附加余块简化锻件外形，以利于锻造。锻造出齿轮坯后可以进一步进行切削加工，最后成形。根据零件图的尺寸规格，对照表所列中零件的高度和直径范围，可以查出齿轮锻件加工余量和公差。D=289，h=52，查得的加工余量及公差为锻件水平方向a=10±4，锻件高度方向b=9±3，内控的双边c=13±5，然后按查得的公差数值，便可绘出凸肩齿轮的锻件图。
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图1 凸肩齿轮锻件图
2.2确定变形工艺
凸肩齿轮锻件为空心锻造零件，根据锻件尺寸大小，确定锻造锻锤频次，对锻造进行镦粗、冲孔、扩孔的工艺流程，根据凸肩的尺寸，确定垫环的尺寸，进行辅助的加工和塑形。
（1）镦粗
垫环孔腔体积V垫应比锻件凸肩体积V肩大10%—15%（厚壁取小值，薄壁取大值），本例取12%，经计算V肩=753253mm 3。则V垫=（1+12%）V肩=1.12×753253=843643 mm3考虑到冲孔时会产生拉缩，垫环高度H垫应比凸肩增大15%—30%（厚壁取小值，薄壁取大值），本例取20%。H垫=1.2H肩=1.2×34=40.8（mm）取40mm。垫环内径d垫可根据体积不便求得，垫环内壁应有斜度7度，上端孔径定为163mm，下端孔径定为154mm。
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图2 镦粗流程示意图
冲孔
冲孔应用钻头进行钻孔，保证孔芯受损的比率最小，不要多频次冲孔，冲孔直径小于D/3，简化为d冲≤D/3=213/3=71mm。
（3）扩孔
总扩孔量为锻件孔径减去冲孔直径，即（131-60）=71mm，一般每次扩孔量为25~30mm，分配各次扩孔量为21mm、25mm、25mm。
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图3 冲孔流程示意图
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图4 扩孔流程示意图
2.3计算坯料质量和尺寸
（1）坯料质量计算
坯料质量等于锻件质量加上芯料质量和烧损质量，锻件质量按公式计算为m锻=V锻ρ=π/4（3 2×0.27+2.112×0.34+1.32 2×0.61）×7.8=17.8kg，d=60mm H=65mm 。m冲孔芯料的质量=（1.18~1.57）d 2×H=0.3kg.坯料的煤气炉加热的烧损率δ=2%，考虑到该锻件需要经过2~3次扩孔，而至少需要加热2次，因此应取单火烧损率的上限再加上适当的烧损值，即为δ=0.035，所以坯料的烧损质量为m烧=17.8×0.035kg=0.6kg。所以坯料的质量为m坯=m锻+m烧+m头+m芯=18.7kg
（2）坯料尺寸计算
计算坯料的直径时，由于采用镦粗成形，可按下式计算：
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查表可知标准热轧圆钢直径，确定选取坯料直径D=120mm。坯料长度为L=210mm。从而确定坯料尺寸为φ120×210mm。
3结语
综上所述，关于齿轮锻件自由锻的工艺流程，通过锻造图的确定，对锻造锻件的尺寸大小进行把控，同时加强锻件工艺的精准性和平整性。对于锻件煅烧温度的把控，要保证温度的恒定，还要保证加热和冷却温度的把控，在冷却时采用空冷或者坑冷的冷却技术，提高锻造锻件的韧度和刚度。通过实际的锻造测量，对高径比值进行掌握，保证比值大于1.5，小于2，提高锻件锻造的硬度和曲度。对于空心状的齿轮锻件还要进行冲孔和扩孔的流程，需要确定凸肩尺寸的比例。同时对凸肩部位可以增加锻环，再进行煅烧，形成优质的齿轮锻件。
参考文献：
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