锻造齿轮与轴的模具材料及工艺设计

玮琳

一、锻造齿轮用热模锻模具材料选择
热模锻模具需承受高温、高压、冲击及摩擦，材料选择核心是兼顾高温强度、耐磨性、韧性及热稳定性，常用材料及特性如下：


1. 常用模具材料及适用场景
H13：应用最广泛，高温硬度高，韧性与耐磨性均衡，适合中批量至大批量齿轮模锻（如汽车、工程机械齿轮）。
3Cr2W8V：耐热性优，抗热疲劳性好，但韧性略低于 H13，适合高温下长期工作的齿轮模具。
可瑞得CHD系列：韧性极佳，抗冲击能力强，适合坯料温度波动大、冲击载荷高的齿轮模锻；
2. 材料选用原则
按生产批量：小批量用 5CrNiMo，中批量用 H13，大批量 / 高精度用粉末高速钢；
按齿轮复杂度：复杂形状、高冲击载荷用 5CrNiMo 或 H13 + 表面强化。
二、齿轮轴锻造工艺设计
齿轮轴是 “轴 + 齿轮” 一体化结构，工艺设计需兼顾轴的直线度、齿轮的齿形精度及金属流线连续性，常规工艺如下：


1. 工艺路线设计（以中碳合金钢齿轮轴为例，材质 40CrNiMoA）
下料：采用锯床或剪切机下料，坯料直径比齿轮最大外径大 5-8mm，长度留 3-5mm 加工余量，保证坯料端面平整、无毛刺；
加热：中频感应加热，确保坯料温度均匀，避免过热、过烧；
预锻：目的是分配金属、改善锻后组织；
终锻：保证齿轮轴最终形状和尺寸，终锻模腔需设置飞边槽，排出氧化皮和多余金属，模具需预热至 200-300℃，减少热冲击；
机加工：车削轴段、滚齿加工齿轮齿形，最终保证齿轮精度。
2. 关键工艺控制要点
加热：严格控制温度，过热会导致晶粒粗大，过烧会造成金属氧化报废；
模具：终锻模腔表面需抛光，并涂高温润滑剂，减少摩擦和粘模；
冷却：淬火冷却速度需均匀，避免轴段与齿轮部位温差过大导致开裂；
流线：保证金属流线沿齿轮齿形和轴的轴线方向分布，避免流线切断。