CN100581716C - 制造环形齿轮用扁钢丝的扁钢丝制造方法 - Google Patents

Abstract

通过冷加工处理加工碳含量在0.30和0.60%之间的圆钢条以形成用于形成环形齿轮的扁钢丝。所述冷加工处理通过至少一个冷轧或冷轧辊拉拔步骤和至少一个两向或四向轧制步骤形成半成品扁钢丝。在所述冷加工处理的最后阶段，通过使用拉模的拉模拉拔加工所述半成品扁钢丝以获得成品扁钢丝。所述冷加工处理以等于或低于65%的总断面减缩率轧制所述圆钢条。

Description

制造环形齿轮用扁钢丝的扁钢丝制造方法

技术领域

本发明涉及一种扁钢丝制造方法，所述方法通过冷加工加工圆钢制造用于形成环形齿轮的具有高尺寸精度的扁钢丝，而无需回火以软化通过冷加工硬化的扁钢丝表面。

背景技术

有多种制造用于形成环形齿轮和螺旋形钢丝的扁钢丝的扁钢丝制造方法。这些方法包括：通过拉模拉拔热轧的扁钢丝制造扁钢丝的扁钢丝制造方法；通过拉模拉拔热轧的圆钢条制造扁钢丝的扁钢丝制造方法；通过冷拉热轧的圆钢条制造扁钢丝的扁钢丝制造方法；和通过热轧热轧的圆钢条制造扁钢丝的扁钢丝制造方法。

尽管因为可以以高轧制速度轧制圆钢条，只通过冷轧处理或热轧处理加工圆钢条制造扁钢丝的扁钢丝制造方法可以以高生产率制造扁钢丝，但是该扁钢丝制造方法不能制造具有高的尺寸精度的扁钢丝。与通过冷轧处理制造的扁钢丝相比，通过热轧处理制造的扁钢丝在尺寸精度方面差，并且需要通过机械加工进行加工以除去鳞和脱碳层。当通过拉模拉拔方法加工圆钢条制造扁钢丝时，除非圆钢条的直径大于拉模5的模孔的宽度，否则如图6A中所示圆钢条不能填满拉模5。因此，需要如图6B中所示的直径很大的圆钢条1制造具有高平直度的扁钢丝。具有这种大直径的圆钢条1的断面减缩率必然大，并且圆钢条1在拉模拉拔过程中断裂。

当通过冷加工处理以高加工率加工圆钢条制造宽的扁钢丝时，在扁钢丝的侧表面容易产生裂纹。在JP-A 64-27703中公开的制造用于形成螺旋形弹簧的扁钢丝的方法通过在冷轧处理初期的至少一次断面减缩处理加工扁钢丝的侧部以在扁钢丝的宽度方向上，使面积以在1.5和15％之间的断面减缩率范围内的断面减缩率降低。

本发明的发明人通过实验检验了JP-A 64-27703中论述的在宽度方向上的扁钢丝侧部的在1.5和15％之间的断面减缩率范围。发现在1.5和15％之间的断面减缩率范围与用于环形齿轮的冷拉扁钢丝的所需硬度没有直接关系，并且环形钢丝用扁钢丝的硬度依赖于冷拉处理中的总断面减缩率。还发现只通过在JP-A 64-27703中提到的冷拉处理精加工的扁钢丝具有低尺寸精度，具有分别具有不同硬度的主表面和侧表面，并且在质量方面不令人满意。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能够制造环形齿轮用扁钢丝的扁钢丝制造方法，所述扁钢丝在硬度和尺寸精度方面令人满意，具有小的主表面硬度和侧表面硬度之差，并且无需回火以软化通过冷加工硬化的扁钢丝表面。

一种通过冷加工处理从碳含量为0.30～0.60％的圆钢条原料制造环形齿轮用扁钢丝的扁钢丝制造方法，所述方法包括：在进行所述冷加工处理为至少一次的冷轧或冷轧辊拉拔后，在该冷加工处理的最后阶段，通过使用拉模对扁钢丝的整个表面进行拉模拉拔的扁钢丝精加工步骤，其中，相对于上述碳含量，该冷加工处理中的总断面减缩率为55％～65％以下。

根据本发明的扁钢丝制造方法可以包括：在所述冷轧或冷轧辊拉拔和所述扁钢丝精加工步骤之间，实施至少一次在与所述扁钢丝的宽度平行的两个方向上压制所述扁钢丝的侧表面的双向轧制步骤，或至少一次在四个方向上压制所述扁钢丝的侧表面以及上下表面的四向轧制步骤。

一种通过冷加工处理从碳含量为0.30～0.60％的圆钢条原料制造环形齿轮用扁钢丝的扁钢丝制造方法，所述方法包括：对在冷加工处理中进行了至少一次冷轧或冷轧辊拉拔的原料，进行在该述冷加工处理的最后阶段，使用拉模对扁钢丝的整个表面进行拉模拉拔的扁钢丝精加工步骤，其中，相对于上述碳含量，该冷加工处理加工中的总断面减缩率为55％～65％以下。

根据本发明的扁钢丝制造方法可以包括：对进行了所述冷轧或冷轧辊拉拔的原料，在所述扁钢丝精加工步骤之前，实施至少一次在与所述扁钢丝的宽度平行的两个方向上压制所述扁钢丝的侧表面的双向轧制步骤，或至少一次在四个方向上压制所述扁钢丝的所述侧表面以及上下表面的四向轧制步骤。

图1是显示扁钢丝的表面硬度S(HRB：洛氏硬度B)随总断面减缩率Rt变化的图，所述扁钢丝通过冷加工处理分别具有不同碳含量的直径为15mm的圆钢条形成，所述冷加工包括使用冷轧的扁钢丝成型处理和使用拉模的扁钢丝精加工处理。表面硬度S指成品扁钢丝的上表面或下表面和侧表面的硬度的平均值。从图1中知道，扁钢丝的表面硬度S不依赖于包括冷轧和冷拉的加工方法，而依赖于总断面减缩率Rt。考虑到扁钢丝的可加工性并且在使扁钢丝弯曲成环以形成环形齿轮时避免在扁钢丝中产生裂纹，用于环形齿轮的成品扁钢丝的表面硬度S必须等于或低于HRB 105。从图1中知道，在冷加工处理中适当的总断面减缩率Rt对于碳含量在0.30至0.40％的范围内的圆钢条等于或低于65％，对于碳含量在0.40至0.50％的范围内的圆钢条等于或低于60％，并且对于碳含量在0.50至0.60％的范围内的圆钢条等于或低于55％。即，碳含量在上述范围内的圆钢条的总断面减缩率Rt的上限必须在55至65％的范围内。对用于形成不同于环形齿轮的部件的扁钢丝，可加工性和机械加工性是重要的。因此，适宜的是通过冷加工处理以等于或低于65％的总断面减缩率加工圆钢条，降低用于形成不同于环形齿轮的部件的扁钢丝的硬度。通过使用拉模的拉模拉拔精加工的扁钢丝具有高的尺寸精度，并且可以缩窄其中分布这样精加工的扁钢丝的宽度和厚度的范围。因为在冷加工处理的最后阶段通过拉模拉拔精加工扁钢丝，所以通过冷轧的宽度增加作用，可以降低通过拉模拉拔拉拔扁钢丝时的拉拔收缩率的增加。因为适宜的总断面减缩率上限在55至65％的范围内，所以扁钢丝具有较低的表面硬度。因此，扁钢丝无需通过用于降低硬度的回火处理进行加工，并且可以避免在扁钢丝的侧表面中产生裂纹。

如典型地在图2中显示，当通过冷轧或冷轧辊拉拔加工圆钢条1时，在箭头P的方向上压缩圆钢条1以形成具有凸侧表面2b的半成品扁钢丝2。在冷加工处理的最后阶段使用的拉模具有拉拔腔，拉拔腔具有平直侧表面。当通过拉模拉拔具有凸侧表面2b的半成品扁钢丝2时，以不同的减缩率加工侧表面2b的部分。因此，成品扁钢丝的侧表面的状态比成品扁钢丝上下表面的状态差。因为通过降低半成品扁钢丝2的宽度使凸侧表面变平，所以成品扁钢丝的全部表面可以被精加工成令人满意的状态。一些扁钢丝的一个或两个侧表面是圆形的。可以通过使用带槽轧辊降低扁钢丝的侧表面来形成这种扁钢丝。

根据本发明的扁钢丝制造方法通过在冷加工处理中的冷轧或冷轧辊拉拔加工圆钢条以形成半成品扁材，然后通过使用拉模的拉模拉拔加工半成品扁钢丝，将所述半成品扁钢丝精加工，获得成品的环形齿轮用扁钢丝，其中对于分别具有不同碳含量的圆钢条，总断面减缩率的上限在55至65％的范围内。这样制造的扁钢丝在尺寸精度方面是令人满意的，上下表面以及侧表面分别具有分布在窄的硬度范围内的适当硬度，无需通过回火处理进行加工，并且可以抑制在侧表面中产生裂纹。

当扁钢丝制造方法包括在扁钢丝成型步骤和扁钢丝精加工步骤之间实施至少一次双向轧制步骤，即将扁钢丝的侧表面在与所述扁钢丝的宽度平行的两个方向上压制，或至少一次四向轧制步骤，即将所述扁钢丝的侧表面以及上下表面在四个方向上压制的时候，可以使半成品扁钢丝的凸侧表面变平，从而可以以令人满意的状态精加工所述扁钢丝的全部表面。

附图说明

从以下描述，并结合附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1是帮助说明表面硬度和通过冷加工处理加工工件时的总断面减缩率的关系的图；

图2是圆钢条和通过采用冷加工处理垂直压缩圆钢条形成的半成品扁钢丝的典型端视图；

图3是在根据本发明的优选实施方案中，扁钢丝制造方法中包括的冷加工处理的流程图；

图4是帮助说明在优选实施方案中，扁钢丝制造方法中包括的冷加工处理步骤的图解视图；

图5是帮助说明两向轧制步骤和四向轧制步骤的典型图；和

图6A和6B是帮助说明通过拉拔圆钢条形成扁钢丝的状态的典型图。

具体实施方式

参考图3，显示了在根据本发明的优选实施方案中使用冷加工处理的扁钢丝制造方法的步骤，在步骤S10中，通过冷轧或冷轧辊拉拔，将碳含量在0.30至0.60％的范围内的圆钢条，即工件逐渐轧制成半成品扁钢丝2(图2)。在步骤S10中形成的半成品扁钢丝2具有平坦的上下表面2a以及外凸的侧表面2b。在步骤S10a中，通过相对于宽度的两向轧制或相对于宽度和厚度的四向轧制，在冷加工处理中将半成品扁钢丝2轧制至少一次以使半成品扁钢丝2的凸侧表面2b变平。适宜的是将所述工件交替进行两向轧制或四向轧制和冷轧或冷拉。在步骤S20中，通过在冷加工处理的最后阶段使用拉模拉模拉拔精加工半成品扁钢丝2以获得成品扁钢丝。通过拉拔以在10至50％的范围内的拉拔减缩率轧制半成品扁钢丝2。通常，适宜的拉拔减缩率在30％的量级。考虑到圆钢条的碳含量，在55至65％的范围内选择性确定通过包括步骤S10、S10a和S20的冷加工处理轧制圆钢条的适当总断面减缩率的上限。从而通过拉拔获得成品扁钢丝。

实施例1

使用碳含量为0.48％、直径为15mm的圆钢条1作为工件。通过图4A至4D中所示的轧制道次连续加工所述工件。图4A至4E分别显示了在道次出口的工件的截面形状。通过将连续道次的轧制方向改变90°，交替轧制上下表面2a以及侧表面2b。通过四个冷轧道次获得厚度为11mm并且宽度为14.5mm的半成品扁钢丝2。通过使用拉模的冷拉模拉拔精加工半成品扁钢丝2，获得厚度为9mm并且宽度为12mm的成品扁钢丝2。冷加工处理的总断面减缩率约为40％。表1显示了通过四个轧制道次加工的扁钢丝的表面硬度(HRB)和通过一个拉拔道次精加工的扁钢丝的表面硬度。在表1中，“宽表面”是扁钢丝的上下表面2a，并且“窄表面”是扁钢丝的侧表面2b。

表1

从表1中明显看出，在四个冷轧道次之后的半成品扁钢丝的在宽表面的中间部分和窄表面的中间部分之间的硬度差为HRB 7。通过一个拉拔道次精加工的成品扁钢丝的宽表面和窄表面的各自中间部分都具有HRB 100的相同硬度。因为在四个冷轧道次中每隔一个道次在与宽度平行的方向上压制工件的侧表面，所以通过拉拔精加工的扁钢丝的全部表面的质量令人满意。

实施例2

调节冷加工处理的参数和加工的总断面减缩率以通过加工碳含量为0.4％的圆钢条，获得厚度为9mm并且宽度为12mm的扁钢丝。扁钢丝的硬度、硬度离散性、尺寸精度和表面质量示于表2中。两向轧机的轧辊的直径为270mm。通过改变圆钢条的直径改变总断面减缩率。

在表2中，在最终硬度，即成品扁钢丝的硬度一栏中的圆表示等于或低于HRB 100的硬度，在最终硬度离散性一栏中的圆表示在成品扁钢丝侧表面中的三个中间点的硬度平均值和所述成品扁钢丝上表面(或下表面)中的三个中间点的硬度平均值之差等于或低于HRB 5，在尺寸精度一栏中的圆表示成品扁钢丝的厚度和宽度分别在9±0.05mm和12±0.05mm的范围内，并且在尺寸精度一栏中的三角形表示成品扁钢丝的厚度和宽度分别在9±0.10mm和12±0.10mm的范围内。在表面质量一栏中，双圆表示在视觉上没有发现在表面中的任何不规则，并且表面的表面质量令人很满意，圆表示在视觉上几乎没有发现在表面中的不规则，并且表面的表面质量令人满意，并且三角形表示在视觉上发现了在表面中的一些不规则。

从表2中看出，其中只通过在冷加工处理中的两向轧制加工的样品1至3的硬度分布范围比可允许的分散范围宽，并且这些样品的尺寸精度和表面质量不满足所需的尺寸精度和所需的表面质量。通过冷轧和拉模拉拔两者加工的样品4至7的硬度、硬度离散性、尺寸精度和表面质量是令人满意的。样品8至11和样品12至15的表面质量是特别令人满意的，所述样品号8至11是使用轧辊3，通过相对于宽度的两向轧制，以图5中所示的形状加工由第一轧制道次轧制的工件而得到的，所述样品12至15是使用轧辊4a、4b、4c和4d，通过相对于宽度的四向轧制，以图5中所示的形状加工由第一轧制道次轧制的工件而得到的。通过冷加工处理以超过60％的总断面减缩率加工的样品4至7、8至11和12至15的硬度不在所需的硬度范围内，并且其中这些样品的硬度分布范围比所需的分布范围宽。从样品4、8和12的数据明显看出，尽管依赖于圆钢条的碳含量，但是适宜的总断面减缩率在40％的量级。在表2中的数据证实了本发明的有益效果。当需要具有一个外凸弧形侧表面的扁钢丝时，轧辊3中的一个是带槽轧辊，并且轧辊4c和4d中的任一个是带槽轧辊。当需要具有外凸弧形侧表面的扁钢丝时，轧辊3是带槽轧辊，并且轧辊4c和4d都是带槽轧辊。

尽管以具有一定特殊性的优选实施方案的方式描述了本发明，但是显然其中可以有多种变化和修改。因此，应该理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以与在此具体所述不同地实施本发明。

Claims (3)

1.一种通过冷加工处理从碳含量为0.30～0.60％的圆钢条原料制造环形齿轮用扁钢丝的扁钢丝制造方法，所述方法包括：

在进行所述冷加工处理为至少一次的冷轧或冷轧辊拉拔后，在该冷加工处理的最后阶段，通过使用拉模对扁钢丝的整个表面进行拉模拉拔的扁钢丝精加工步骤，

其中该冷加工处理中的总断面减缩率对于碳含量在0.30至0.40％的范围内的圆钢条等于或低于65％，对于碳含量在0.40至0.50％的范围内的圆钢条等于或低于60％，并且对于碳含量在0.50至0.60％的范围内的圆钢条等于或低于55％。

2.根据权利要求1所述的扁钢丝制造方法，其中所制造的扁钢丝的表面硬度S等于或低于HRB 105，所述的表面硬度S指成品扁钢丝的上表面或下表面和侧表面的硬度的平均值，HRB是洛氏硬度B。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的扁钢丝制造方法，

其中包括：对进行了所述冷轧或冷轧辊拉拔的原料，在所述扁钢丝精加工步骤之前，实施至少一次在与所述扁钢丝的宽度平行的两个方向上压制所述扁钢丝的侧表面的双向轧制步骤，或至少一次在四个方向上压制所述扁钢丝的所述侧表面以及上下表面的四向轧制步骤。

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