图1 齿轮坯锻件图
工艺剖析根据齿轮坯锻件的构造，拟采取开式模锻成形，坯料采取圆饼状钢坯，锻件分模面选择在轮缘高度的中央位置处。齿轮坯上、下部分轮毂尺寸不同，上部直径较小且高度较高，模锻过程中金属添补较困难，因而将其设计在上模内成形，连皮厚度为8.5mm，其成形方案的示意图如图2所示。
图2 模锻成形方案示意图
成形工艺数值仿照坯料尺寸参数是影响金属在模内流动规律、锻件成形质量和成形载荷的紧张成分。对付圆饼形坯料，尺寸参数不同表示在高径比不同上，本文按照圆饼状坯料一步模锻工艺方案予以建模，对表1所示三种不同高径比的坯料模锻成形进行了仿照研究，其他仿照条件均相同。设定下模固定不动，坯料放置不才模上，上模向下运动直至合模，坯料在压力浸染下逐渐充填型腔完成模锻成形过程。
表1 坯料尺寸参数
坯料高径比不同，将引起锻件成形质量和成形载荷的变革，因而本文着重从这两个方面剖析了上述成分浸染下的仿照结果。
⑴锻件成形质量比拟。
坯料1的高径比较大，从其成形仿照结果中的金属流动情形（图3(a）～(b））可以看出：成形初始阶段，坯料轴向首先产生了比较大的压缩变形，类似局部镦粗，坯料直径逐渐增大，金属向外侧流动，外边缘产生鼓形；上模具连续向下运动，轮毂部分逐渐充满，外缘金属与轮缘部分模具型腔打仗后，由于坯料外缘金属鼓形逐渐增大，在此处模腔内角部分发生了折叠，如图3(a）所示。
图3 坯料1模锻成形过程
坯料3的高径比较小，从其成形仿照结果中的金属流动情形（图4(a）～(b））可以看出，坯料在模具浸染下产生压缩变形，金属材料沿径向流动，边缘金属快速流动到飞边槽内，金属材料过多流出模具型腔，造成轮缘部分添补不敷，形成毛病。
图4 坯料3模锻成形过程
从对坯料2的模锻成形仿照结果（图5（a）～（b））可以看出，金属流动过程中没有涌现因轴向压缩量大，外边缘鼓形变形大引起的折叠。同时也没有涌现金属材料过早流入飞边槽，部分型腔充填不敷的情形，坯料2成形的锻件能够很好的充满上、下模之间，符合设计哀求。
图5 坯料2模锻成形过程
坯料高径比影响模锻成形过程中金属在模具型腔内的流动情形，并终极决定能否得到知足尺寸和表面质量哀求的锻件，想要实现一步模锻成形齿轮坯，合理的坯料高径比是条件条件，通过多次仿照不同高径比的坯料的模锻成形过程，得出坯料高径比在0.32～0.45范围内可以得到充型良好、无折叠的锻件。
⑵成形载荷比拟。
模锻过程中的成形载荷量是工艺设计中的一个主要指标，较高的成形载荷易导致锻模塑性变形及断裂，显著影响模具寿命。三种坯料模锻成形过程的成形载荷—韶光曲线如图6所示，在变形过程中载荷量的变革规律是相同的，根据成形载荷曲线可以分成两个阶段：成形初始阶段坯料在模具浸染下首先进行类似局部镦粗的变形，坯料外缘面是自由面，因而此阶段成形载荷量较小，曲线斜率也较小；坯料外缘面与模具型腔打仗后直至终极模具合模，成形载荷量急剧增大直至模锻行程结束达到最大值。
图6 成形载荷—韶光曲线
从三种高径比的坯料模锻成形过程的成形载荷比拟可以看出，高径比越大成形过程中坯料的变形程度越大，成形载荷最大值越大，以是在合理的坯料尺寸范围内，可选择较小的坯料高径比以减小成形载荷。
生产试验根据上述数值仿照优化，终极选择坯料尺寸为φ150mm×54mm，在此根本上制订了齿轮坯一步成形模锻工艺方案，并进行了生产试验，终极模锻成形的齿轮坯锻件如图7所示。锻件尺寸符合设计哀求，表面质量较好，验证了此坯料尺寸下一步模锻成形方案的合理性。
图7 齿轮坯锻件
结论为了减少模锻工序，对某齿轮坯锻件的一步模锻成形方案进行了数值仿照，剖析了坯料高径比对锻件成形质量和成形载荷的影响规律并得到了可行的坯料尺寸，研究内容得到了实际生产试验验证，效果良好。
⑴通过仿照剖析坯料尺寸（高径比）对一步模锻成形的齿轮坯尺寸和表面质量的影响规律，得到了合理坯料的高径比范围。
⑵高径比越大，成形过程中坯料的变形程度越大，成形载荷量越大，可以在⑴得到的坯料尺寸范围内，选择较小的坯料高径比以减小成形载荷。
⑶对本文提出的坯料尺寸参数下的一步模锻过程进行生产试验，成形效果良好。
—— 来源：《铸造与冲压》2019年第19期
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