高強度齒輪加工工藝的製作方法

2023-06-05 18:02:21 2

高強度齒輪加工工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種高強度齒輪加工工藝，其特徵是，包括以下工藝步驟：（1）選擇20CrMnTi合金鋼圓坯料作為原料；（2）對圓坯料進行磨外圓，去除表面細裂紋；（3）將圓坯料進行退火處理後進行拋丸；（4）將圓坯料分別在磷化液和皂化液中進行處理；（5）將圓坯料通過擠壓材料塑性變形得到毛坯，毛坯一端為漸開線齒形，毛坯另一端為光滑圓柱體；（6）將步驟（5）得到的毛坯再次通過擠壓材料塑性變形擠壓，得到的毛坯一端為漸開線齒形，另一端為圓環形凸稜；（7）在毛坯中心車出內孔；（8）將工件平進行滲碳淬火處理；（9）將工件進行回火處理；（10）拋丸。本發明得到的齒輪表面硬度硬，芯部韌性好，提高了齒輪（2模數）的單齒強度。
【專利說明】高強度齒輪加工工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種齒輪加工工藝，尤其是一種高強度齒輪加工工藝。
【背景技術】
[0002]經過數十年的發展，我國汽車行業有了較大的發展。為了緊跟內燃機電機電器行業技術的發展和配套需要，需要適應體積要小、重量要輕、輸出功率要比較大的發展趨勢。傳動齒輪屬於汽車安全件，需要較高衝擊韌性及破壞強度，齒輪(2模數)的單齒強度要求大於 28000N。
[0003]齒輪的傳統的加工工藝流程為:鍛坯(45鋼)-正火或調質-機加工(齒部採用滾齒工藝，齒形部金屬流線與中心斷裂連接(如圖5標註2a處)-熱處理高頻淬火或鍛坯(20CrMnTi)_機加工(齒部採用滾齒工藝)-熱處理滲碳淬火-回火-拋丸。它所生產的齒輪(2模數)經試驗都不能達到單齒強度28000N。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種高強度齒輪加工工藝，齒輪表面硬度硬，芯部韌性好，提高了齒輪(2模數)的單齒強度。
[0005]按照本發明提供的技術方案，所述高強度齒輪加工工藝，其特徵是，包括以下工藝步驟:
(1)選擇20CrMnTi合金鋼圓坯料作為原料；
(2)對圓坯料進行磨外圓，去除表面細裂紋；
(3)退火:將圓坯料在溫度870?890°C條件下處理8?10小時，再隨爐冷卻到360?380°C，出爐；
(4)拋丸:圓坯料經退火處理後拋丸10?15分鐘；
(5)表面處理:將圓坯料分別在磷化液和皂化液中進行處理，磷化液組份為:磷酸二氫鋅50?60克/升和硝酸鋅80?110克/升，磷化液溫度為70?80°C，處理時間為13?18分鐘；皂化液為100?120克/升的硬脂酸鈉，皂化液溫度為70?80°C，處理時間為5?10分鐘；
(6)冷擠齒形毛坯:將圓坯料通過擠壓材料塑性變形得到毛坯，毛坯一端為漸開線齒形，齒形厚度比成品小0.05?0.1毫米，毛坯另一端為光滑圓柱體；
(7)冷擠成形齒輪及端部圓環形凸稜:將步驟(6)得到的毛坯再次通過擠壓材料塑性變形擠壓，得到的毛坯一端為漸開線齒形，另一端為圓環形凸稜；
(8)車加工:在毛坯中心車出內孔；
(9)滲碳淬火:將步驟(8)得到的工件平放在料架上，於880?900°C處理2?2.5小時，下降到840?850°C出爐淬火，淬火油溫為80?90°C ；
(10)回火:將步驟(9)處理後的工件在180?200°C回火80?100分鐘；
(11)拋丸:將步驟(10)處理後的工件拋丸10?15分鐘。[0006]所述步驟(9)中工件放置在料架上時，工件之間間隔為5?7毫米。
[0007]本發明採用優質合金鋼，用冷擠壓技術二次擠壓金屬塑性成形加工的齒輪，材料晶粒組織更加緻密，齒形部的金屬纖維流線與中心連續連接，再經過滲碳淬火、回火、表面處理及拋丸後，表面硬度硬，芯部韌性好，提高了齒輪(2模數)的單齒強度，單齒強度由小於28000N提高到30000N以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發明所述齒輪的結構示意圖。
[0009]圖2為圖1的C-C剖視圖。
[0010]圖3為本發明第一次冷擠產品的結構示意圖。
[0011]圖4為本發明第二次冷擠產品的結構示意圖。
[0012]圖5為本發明滾齒金屬纖維流向(圖中Ia處)與現有技術中冷擠壓加工齒形部金屬纖維流向(圖中2a處)的對比圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合具體附圖對本發明作進一步說明。
[0014]實施例一:一種高強度齒輪加工工藝，包括以下工藝步驟:
(1)選擇20CrMnTi合金鋼圓坯料作為原料，具有較高的強度及韌性，且淬透性比較好，經滲碳淬火回火後表面硬，心部韌性好；
(2)磨外圓:去除圓坯料表面細裂紋並提高表面光潔度；
(3)退火:將圓坯料在溫度870°C條件下處理10小時，再隨爐冷卻到360°C，出爐；退火的作用是為了軟化金屬；
(4)拋丸:圓坯料經退火處理後拋丸10分鐘，以去除圓坯料表面殘留物質如氧化皮等；
(5)表面處理:將圓坯料分別在磷化液和皂化液中進行處理，促使表面潤滑；磷化液組份為:磷酸二氫鋅50克/升和硝酸鋅80克/升，磷化液溫度為70°C，處理時間為18分鐘；皂化液為100克/升的硬脂酸鈉，皂化液溫度為70°C，處理時間為10分鐘；
(6)冷擠齒形毛坯:將圓坯料通過擠壓材料(擠壓材料為20CrMnTi)塑性變形得到毛坯(如圖3所示)，毛坯一端為漸開線齒形，齒形厚度比成品小0.05毫米，毛坯另一端為光滑圓柱體；
(7)冷擠成形齒輪及端部圓環形凸稜:將步驟(6)得到的毛坯再次通過擠壓材料塑性變形擠壓(如圖4所示)，得到的毛坯一端為漸開線齒形，另一端為圓環形凸稜；
(8)車加工:在毛坯中心車出內孔；
(9)滲碳淬火:將步驟(8)得到的工件平放在料架上，工件之間間隔5毫米，於880°C處理2.5小時，下降到840°C出爐淬火，淬火油溫為90°C，滲碳層厚度為0.4毫米，碳勢為0.9 ；滲碳淬火後的工作表面硬度達到HV0.1710以上，芯部硬度HRC40 ；
(10)回火:將步驟(9)處理後的工件在180°C回火100分鐘，以消除應力，得到的工作表面硬度達到HV0.1700以上，芯部硬度HRC38 ；
(11)拋丸:將步驟(10)處理後的工件拋丸10分鐘，以清潔表面，進下提高齒根彎曲疲勞強度。[0015]實施例二:一種高強度齒輪加工工藝，包括以下工藝步驟:
(1)選擇20CrMnTi合金鋼圓坯料作為原料，具有較高的強度及韌性，且淬透性比較好，經滲碳淬火回火後表面硬，心部韌性好；
(2)磨外圓:去除圓坯料表面細裂紋並提高表面光潔度；
(3)退火:將圓坯料在溫度890°C條件下處理8小時，再隨爐冷卻到360°C，出爐；退火的作用是為了軟化金屬；
(4)拋丸:圓坯料經退火處理後拋丸15分鐘，以去除圓坯料表面殘留物質如氧化皮等；
(5)表面處理:將圓坯料分別在磷化液和皂化液中進行處理，促使表面潤滑；磷化液組份為:磷酸二氫鋅60克/升和硝酸鋅110克/升，磷化液溫度為80°C，處理時間為13分鐘；皂化液為120克/升的硬脂酸鈉，皂化液溫度為80°C，處理時間為5分鐘；
(6)冷擠齒形毛坯:將圓坯料通過擠壓材料(擠壓材料為20CrMnTi)塑性變形得到毛坯(如圖3所示)，毛坯一端為漸開線齒形，齒形厚度比成品小0.1毫米，毛坯另一端為光滑圓柱體；
(7)冷擠成形齒輪及端部圓環形凸稜:將步驟(6)得到的毛坯再次通過擠壓材料塑性變形擠壓(如圖4所示)，得到的毛坯一端為漸開線齒形，另一端為圓環形凸稜；
(8)車加工:在毛坯中心車出內孔；
(9)滲碳淬火:將步驟(8)得到的工件平放在料架上，工件之間間隔7毫米，於900°C處理2小時，下降到850°C出爐淬火，淬火油溫為90°C，滲碳層厚度為0.6毫米，碳勢為I ;滲碳淬火後的工作表面硬度達到HV0.1710以上，芯部硬度HRC43 ；
(10 )回火:將步驟(9 )處理後的工件在200°C回火80分鐘，以消除應力，得到的工作表面硬度達到HV0.1700以上，芯部硬度HRC43 ；
(11)拋丸:將步驟(10)處理後的工件拋丸15分鐘，以清潔表面，進下提高齒根彎曲疲勞強度。
[0016]實施例三:一種高強度齒輪加工工藝，包括以下工藝步驟:
(1)選擇20CrMnTi合金鋼圓坯料作為原料，具有較高的強度及韌性，且淬透性比較好，經滲碳淬火回火後表面硬，心部韌性好；
(2)磨外圓:去除圓坯料表面細裂紋並提高表面光潔度；
(3)退火:將圓坯料在溫度880°C條件下處理9小時，再隨爐冷卻到370°C，出爐；退火的作用是為了軟化金屬；
(4)拋丸:圓坯料經退火處理後拋丸12分鐘，以去除圓坯料表面殘留物質如氧化皮等；
(5)表面處理:將圓坯料分別在磷化液和皂化液中進行處理，促使表面潤滑；磷化液組份為:磷酸二氫鋅55克/升和硝酸鋅100克/升，磷化液溫度為75°C，處理時間為15分鐘；皂化液為110克/升的硬脂酸鈉，皂化液溫度為75°C，處理時間為6分鐘；
(6)冷擠齒形毛坯:將圓坯料通過擠壓材料(擠壓材料為20CrMnTi)塑性變形得到毛坯(如圖3所示)，毛坯一端為漸開線齒形，齒形厚度比成品小0.06毫米，毛坯另一端為光滑圓柱體；
(7)冷擠成形齒輪及端部圓環形凸稜:將步驟(6)得到的毛坯再次通過擠壓材料塑性變形擠壓(如圖4所示)，得到的毛坯一端為漸開線齒形，另一端為圓環形凸稜；
(8)車加工:在毛坯中心車出內孔； (9)滲碳淬火:將步驟(8)得到的工件平放在料架上，工件之間間隔6毫米，於890°C處理2.2小時，下降到845°C出爐淬火，淬火油溫為85°C，滲碳層厚度為0.5毫米，碳勢為0.9 ；滲碳淬火後的工作表面硬度達到HV0.1710以上，芯部硬度HRC42 ；
(10)回火:將步驟(9)處理後的工件在190°C回火90分鐘，以消除應力，得到的工作表面硬度達到HV0.1700以上，芯部硬度HRC40 ；
(11)拋丸:將步驟(10)處理後的工件拋丸12分鐘，以清潔表面，進下提高齒根彎曲疲勞強度。
[0017]本發明採用優質合金鋼，用冷擠壓技術二次擠壓金屬塑性成形加工的齒輪，材料晶粒組織更加緻密，金屬流線與中心連續連接(見圖5標註Ia處)，再經過滲碳淬火、回火、表面處理及拋丸後，表面硬度硬，芯部韌性好，提高了齒輪(2模數)的單齒強度，單齒強度由小於28000N提高到30000N以上。
【權利要求】
1.一種高強度齒輪加工工藝，其特徵是，包括以下工藝步驟: (1)選擇20CrMnTi合金鋼圓坯料作為原料； (2)對圓坯料進行磨外圓，去除表面細裂紋； (3)退火:將圓坯料在溫度870?890°C條件下處理8?10小時，再隨爐冷卻到360?380°C，出爐； (4)拋丸:圓坯料經退火處理後拋丸10?15分鐘； (5)表面處理:將圓坯料分別在磷化液和皂化液中進行處理，磷化液組份為:磷酸二氫鋅50?60克/升和硝酸鋅80?110克/升，磷化液溫度為70?80°C，處理時間為13?18分鐘；皂化液為100?120克/升的硬脂酸鈉，皂化液溫度為70?80°C，處理時間為5?10分鐘； (6)冷擠齒形毛坯:將圓坯料通過擠壓材料塑性變形得到毛坯，毛坯一端為漸開線齒形，齒形厚度比成品小0.05?0.1毫米，毛坯另一端為光滑圓柱體； (7)冷擠成形齒輪及端部圓環形凸稜:將步驟(6)得到的毛坯再次通過擠壓材料塑性變形擠壓，得到的毛坯一端為漸開線齒形，另一端為圓環形凸稜； (8)車加工:在毛坯中心車出內孔； (9)滲碳淬火:將步驟(8)得到的工件平放在料架上，於880?900°C處理2?2.5小時，下降到840?850°C出爐淬火，淬火油溫為80?90°C ； (10)回火:將步驟(9)處理後的工件在180?200°C回火80?100分鐘； (11)拋丸:將步驟(10)處理後的工件拋丸10?15分鐘。
2.如權利要求1所述的高強度齒輪加工工藝，其特徵是:所述步驟(9)中工件放置在料架上時，工件之間間隔為5?7毫米。
【文檔編號】B23P23/04GK103737334SQ201410037805
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】王維濤, 王建江 申請人:無錫市神力齒輪冷擠有限公司