大型齒輪是一種在礦山機(jī)械、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等大型設(shè)備中重要的機(jī)械傳動(dòng)零件，其低直接影響著相關(guān)產(chǎn)品的性能水平。大型齒輪毛坯經(jīng)模鍛成形，因其組織致密均勻，流線連續(xù)，尺寸，易于鍛合材料內(nèi)部缺陷和破碎樹枝狀組織等優(yōu)越性而廣泛應(yīng)用，逐漸取代粗大的自由鍛件和強(qiáng)度不高的鑄件。但在鍛造過(guò)程中主要存在著：成形力過(guò)大、充型不飽滿和模具壽命低的缺陷。這是由于齒輪毛坯與模具的接觸面積大，冷卻快，坯料在向模具型腔填充時(shí)所受的摩擦力過(guò)大所致。因此，如何減小坯料與模具的接觸面積，控制毛坯的冷卻速率，降低成形力是大型齒輪鍛造急需解決的難題。本文借助有限元模擬技術(shù)，從減小成形力和填充不飽滿兩個(gè)方面，對(duì)原有工藝進(jìn)行改進(jìn)，提出了分流減壓原理和模具型腔不對(duì)稱設(shè)計(jì)的大型齒輪鍛造工藝。目的在于使金屬均勻流動(dòng)，減小變形應(yīng)力，該新工藝為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。為增加大型齒輪毛坯的淬透層，采用高淬透性材料—改進(jìn)型42CrMo4V(即在歐標(biāo)42GrMo4V的基礎(chǔ)上調(diào)整Mn,Cr等元素的含量，并降低P,S等元素含量，具體化學(xué)成分)，同時(shí)為了細(xì)化晶粒和防止開(kāi)裂變形，采用正火+分級(jí)淬火的熱處理工藝。通過(guò)金相組織分析和淬透性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該熱處理工藝的可行性。
　　原有工藝中，齒輪毛坯鍛完后自_接空冷到室溫，然后粗車調(diào)質(zhì)。此工藝存在以下缺陷：晶粒粗大、硬度不均勻和精車后表而淬透層不夠。若在鍛后增加正火工序，可以起到細(xì)化晶粒，網(wǎng)狀碳化物，改養(yǎng)切削加工性能的作用。Mn , Cr元素含量的增加可以提高材料的淬透性，但同時(shí)也增大了淬火開(kāi)裂的可能性，因此采用分級(jí)淬火的工藝可減小冷卻時(shí)的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力，防止工件開(kāi)裂變形。
　　(1)合理設(shè)計(jì)分流減壓槽，可以使齒輪毛坯輪毅、輪輻、輪緣臺(tái)階過(guò)渡處同時(shí)充填飽滿；成形力較原先工藝可大幅下降約3000，屬典型的“小設(shè)備干大活”。
　　(2)通過(guò)分析齒輪毛坯鍛造過(guò)程中的金屬流動(dòng)規(guī)律，為選擇鍛造工藝提供理論依據(jù)。采用上、下模具不對(duì)稱設(shè)計(jì)，可獲得均勻的金屬流動(dòng)，從而減小毛坯內(nèi)的變形應(yīng)力分布不均勻的現(xiàn)象，為以后的熱處理奠定基礎(chǔ)。
　　(3)針對(duì)改進(jìn)型42G rMo4 V淬透性好的特點(diǎn)，制定分級(jí)淬火的工藝避免毛坯開(kāi)裂變形。同時(shí)，金相分析顯示：該材料經(jīng)過(guò)正火+調(diào)質(zhì)的熱處理工藝，晶粒度可達(dá)到7級(jí)，非金屬夾雜等級(jí)也非常高。
　　(4)借助Deform-3D有限元軟件模擬可減少實(shí)際的試模次數(shù)，節(jié)約成本，模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)基本吻合，因此，其對(duì)鍛造工藝方案的改進(jìn)及模具設(shè)計(jì)具有的指導(dǎo)意義。
 

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