齿轮类锻件小孔成形工艺改进

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齿轮类锻件的生产过程为下料→加热→锻造→热处理→抛丸，其中锻造工序一般包括镦粗、预锻、终锻、冲孔四个工步，冲孔是齿轮类锻件锻造过程中的最后一个工步。冲孔是使用模具将锻件中间的连皮去掉，使齿轮锻件中间形成需要的通孔。受限于模具和工艺，通常情况下对于直径小于25mm 的孔不锻造，采用直接机加工钻孔。但是，锻件钻孔既浪费锻造生产线压力机，又增加了钻孔成本，还延长了零件的生产周期。所以，直径小于25mm 的孔锻造成形问题值得探讨和解决。

锻造成形工艺分析

对图1 所示的锻件进行锻造工艺分析。由于该锻件重量较小，生产时安排至630t 螺旋压力机生产线，具体锻造工艺及设备：选用φ45mm×68.7mm坯料，圆盘锯下料；采用中频感应加热炉加热至(1200±50)℃；开式压力机镦粗；成形选用630t 电动螺旋压力机；冲孔选用250t 闭式单点压力机。

图1 锻件毛坯图

终锻工步工装

原有小直径内孔终锻工装如图2 所示，由上模、下模、镶块和顶杆四部分组成。锻造过程：镦粗饼子放入终锻模具型腔内，螺旋压力机滑块带动上模向下运动，最终将镦粗饼子在型腔内挤压成形。

图2 终锻工装图

该锻件内孔直径为17.4mm，顶杆直径20mm。为了保证安装和顶出顺畅，一般会在顶杆和下模之间留有0.5mm 左右的间隙，锻造过程中为了保证锻件充满，会加大设备打击能量，在下模顶杆处有一圈毛刺，且毛刺的位置处于锻件下端面。下端面的毛刺会导致冲孔时锻件放不正，冲孔偏。

冲孔工步工装常用的冲孔工装主要由冲头座、冲头、冲孔凹模组成，如图3所示。在冲小孔时，会存在以下两个问题。

图3 冲孔工装图

⑴冲头直径小，与冲头座螺纹连接处的壁厚较薄，频繁受力容易发生断裂；
⑵小直径锻件在冲孔的过程中，冲头刃口与锻件接触距离长，时间长，导致冲头升温快，刃口容易变钝，如果给冲头增加水雾冷却，冲头容易出现裂纹，导致报废。

锻造成形工艺改进

针对该锻件下端面毛刺和难冲孔的问题，对现有的终锻、冲孔工序工装进行改进。

终锻工装改进
为防止锻件下端面出毛刺，将原有的顶杆和下模芯的结构改为如图4 所示的结构。将顶杆改为顶杆加垫块的结构，整体式顶杆相比于原有的结构，减掉0.5mm 的间隙，从而防止了锻件下端面带毛刺的现象，方便锻件在冲孔时的定位。

图4 改进后终锻工装图

冲孔工装改进为解决冲头容易断裂的问题，采用图5 所示的整体结构，省去了螺纹孔，增加了冲头强度。为解决冲头过热和变钝的问题，使用材料为H13 的冲头。同时用压缩空气带动水雾对冲头进行冷却，增加冲头寿命，保证冲孔质量。

图5 改进后冲孔工装图

采用整体式顶杆和材料为H13 的一体式冲头，在630t 电动螺旋压力机生产的小孔锻件，如图6 所示。

图6 冲孔后的锻件

结论

在现有锻造设备及工装的基础上，通过对成形工装和冲孔工装的改进，直接将直径小于30mm 的孔锻造成形，省去钻孔工序，缩短生产周期，降低零件生产成本，该锻造成形工艺适合推广和应用。

文章来源：《锻造与冲压》杂志2023年第21期高彬， 余意·陕西法士特齿轮有限责任公司