CN101947717B - 一种复合蜗轮或轴瓦的制备方法 - Google Patents

一种复合蜗轮或轴瓦的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种复合蜗轮或轴瓦的制备方法，它按如下步骤进行：a、用球铁或低碳钢铸造出蜗轮母体，把母体齿形加工到略小于蜗轮所需尺寸，留出焊层余量；b、采用亚激光脉冲焊、脉冲氩弧焊或激光脉冲丛熔焊方式，将铜合金焊丝熔焊到母体表面，制成在母体表面覆盖了均匀致密焊层的蜗轮坯件；C、通过高温回火或振动时效处理，消除内应力；d、用成形刀具，将蜗轮坯件铣切到设计尺寸。本发明将两种材料的优点集于一体，使产品的承载能力加强，而且大大节约了贵重材料，机械性能各方面指标都大大超过铸造方式。

Description

一种复合蜗轮或轴瓦的制备方法
技术领域
本发明涉及一种机械传动装置中广泛使用的蜗轮和轴瓦，属传动装置技术领域。
背景技术
在机械传动装置中，大量使用着各种规格的蜗轮，为提高蜗轮的耐磨性能，铜合金又是必不可少的。但是，由于铜合金价格昂贵，为降低蜗轮成本，目前在蜗轮的使用上，一般都采用两种结构方式：一种是整体铸造，另一种是铸铁铁芯加外加铜合金齿圈。一般说来，当齿轮模数为4以下时，都采用整体铸造的方式，若模数大于4，则采用铁芯加铜合金齿圈的结构。但无论是哪一种结构，在蜗轮制造中都要用到大量的铜合金，从而使蜗轮价格很难得以降低。
除此之外，由于铜合金在铸造过程中很容易形成气孔、缩孔、局部疏松等缺陷。而且质密度低、结晶粗放，蜗轮的各项指标都很难实现。
而且，这些部件在使用磨损后都要报废，也造成资源和资金的巨大浪费。
在机械传动装置中，类似蜗轮的情况还有滑动轴承中的轴瓦。滑动轴承一般都采用整体结构方式，磨损后更是只能报废，不能修复。另外，有的滑动轴承内壁喷镀锡、锌、铝、巴氏合金，这些产品还存在抗冲击强度低、耐磨性能差、耐温度低等缺陷。
鉴于现有蜗轮结构的弊病，为降低成本，有的生产厂家采用了不合格的材质或是减小蜗轮的结构尺寸，这些非正常的应付措施也造成了蜗轮蜗杆减速机、蜗轮式升降机、单配蜗轮付、滑动轴承中存在着的严重质量问题。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种结构简单、制造成本较低的复合蜗轮或轴瓦的制备方法。
本发明所称问题是通过下述技术方案解决的：
一种复合蜗轮的制备方法，它按如下步骤进行：
a、用球铁或低碳钢铸造出蜗轮母体，把母体齿形加工到略小于蜗轮所需尺寸，留出焊层余量；
b、采用亚激光脉冲焊、脉冲氩弧焊或激光脉冲丛熔焊方式，将铜合金焊丝熔焊到母体表面，制成在母体表面覆盖了均匀致密焊层的蜗轮坯件，若有漏焊凹坑，应补焊；焊层毛坯厚度按照设计厚度+0.1毫米；
C、通过高温回火或振动时效处理，使组织结构均匀，消除内应力；
d、用成形刀具，将蜗轮坯件铣切到设计尺寸。
上述复合蜗轮的制备方法，所述焊层厚度δ为模数*(0.1～0.35)毫米；齿顶部焊层厚度σ为模数*0.2毫米。
上述复合蜗轮的制备方法，所述铜合金焊丝在熔焊到母体表面时，焊接脉冲参数为：电压为60～65V；脉冲电流为100～300安；脉冲宽度为100～500ms。
上述复合蜗轮的制备方法，所述铜合金焊丝在熔焊到母体表面时，焊层为1～3层。
上述复合蜗轮的制备方法，所述铜合金焊丝在熔焊到母体表面时，采用氩气保护焊，氩气流量为每分钟2～7L。
上述复合蜗轮的制备方法，所述振动时效处理在振动时效机上进行，选择激振力为5～10KN，激振前加速度为40～50m/S2，激振后加速度为50～60m/S2，激振时间为10～15分钟。
一种复合轴瓦的制备方法，它按如下步骤进行：
a、用球铁或低碳钢铸造出轴瓦母体，把轴瓦母体加工到略小于所需名义尺寸，留出焊层余量；
b、采用亚激光脉冲焊、脉冲氩弧焊或激光脉冲丛熔焊方式，将铜合金焊丝熔焊到母体表面，制成在母体表面覆盖了均匀致密焊层的轴瓦坯件，若有漏焊凹坑，应补焊；焊层为1～3层，焊层毛坯厚度按照设计厚度+(0.5～1.0)毫米；
c、通过高温回火或振动时效处理，消除内应力；
d、加工到设计尺寸。
上述复合轴瓦的制备方法，所述焊层厚度为0.5～1.0毫米。
上述复合轴瓦的制备方法，所述铜合金焊丝在熔焊到母体表面时，焊接脉冲参数为：电压为60～65V；脉冲电流为100～300安；脉冲宽度为100～500ms；所述振动时效处理工序在振动时效机上进行，选择激振力为5～10KN，激振前加速度为40～50m/S2，激振后加速度为50～60m/S2，激振时间为10～15分钟。
上述复合轴瓦的制备方法，所述铜合金焊丝在熔焊到母体表面时，采用氩气保护焊，氩气流量为每分钟2～7L。
本发明通过采用球铁、低碳钢作为母体，以抗磨材料焊接于表面，将两种材料的优点集于一体，使产品的承载能力加强，而且大大节约了贵重材料。采用丛焊方式，极大地提高了焊层的紧密度、气密性。它可以在瞬间将焊材牢牢的熔化在基体上，由于焊接热量少，脉冲时间极短，结晶冷透快，结晶变细，使柱状晶体量远远大于铸造结晶体，再经热处理或时效处理，机械性能各方面指标都大大超过铸造方式。
另外，本发明不仅可用于制造新品蜗轮或轴瓦，还可以用于修复磨损蜗轮或轴瓦。蜗轮齿面或滑动轴承内壁磨损后，可按本发明技术方案修复、可达到多次重复使用的结果。
附图说明
图1是本发明蜗轮结构示意图；
图2是本发明轴瓦结构示意图。
图中标号表示为：1.母体；2.焊层；3、轴瓦母体；4、轴瓦焊层。
具体实施方式
本发明用球铁、低碳钢制作成蜗轮母体1或轴瓦母体3，把蜗轮母体或轴瓦母体加工到所需尺寸，留出焊层余量。采用亚激光脉冲焊、脉冲氩弧焊或激光脉冲丛熔焊方式，将铜合金焊丝熔焊到母体1表面，制成在母体表面覆盖了均匀致密焊层的蜗轮坯件。通过高温回火、时效处理，促使组织结构均匀，消除内应力，再用成形刀具，把刀齿调整到两齿的中间位置，铣切到要求尺寸。齿的根部焊层可选小值，厚度选择为模数*(0.1～0.35)毫米；齿顶部焊层厚度σ为模数*0.2毫米；齿根部的焊层厚度为模数*0.25毫米。各部系数的选取可根据实际情况区别对待，如磨损大、冲击力大、传动温度高，可选上限值，但最大不超过0.35。对轴瓦焊层而言，焊层毛坯厚度按照设计厚度+(0.5-1.0)毫米。
在丛熔焊时，采用多层堆焊工艺，这样，可以使焊层组织均匀，一般选择1～3层。
本发明的一个实施例是，在氩气保护下，使用直径为1.6毫米的合金焊丝时(铜、磷、锡)，脉冲电压幅值在65V，平均电流100～200A，氩气流量5L/min，焊枪与焊丝距离0.5-1.5毫米时，给出一个脉冲，脉冲时间为165毫秒，将产生高能脉冲方形波离子流，使焊丝牢牢熔化在母体表面，并迅速形成柱状冶金结合的晶体。其过程是：加热-熔化-冶金反应-晶核形成-结晶-固体转变-形成焊层。熔池金属结晶总是从靠近熔合处的焊件体上生长起来的，晶体生长的方向垂直于熔合线而指向熔池中心，形成柱状晶体，当其长大到相互连接时，一次结晶结束。熔池变为固体焊层，当继续冷却到室温时，再经过一系列的组织转变，形成二次结晶。
在焊接中，母体熔池深度只在0.5～1毫米间，不会有过多热量传于母体上，不会对母体造成伤害。由于结晶速度快，晶粒变细化，从而使焊层机械性能获得提高。多层脉冲堆焊，使焊层晶核数量远大于合金铸铜结晶体，所以，使焊层组织的结构紧密度(晶核的数量多少)、气密度(结构组织的疏松程度)获得提高。高温回火处理或振动失效处理，目的是使金相组织结构更为均匀，内应力得以消除，使堆焊层各项机械性能远大于铸造合金铜，使用寿命可增加到3-5倍，并给机械制造业带来非常可观的经济效益。
本发明的焊接强度在18～34kgf/mm2，而蜗轮的设计结合强度要求仅为13～20kgf/mm2，完全可以满足蜗轮副传动的需要。

Claims (6)

1.一种复合蜗轮的制备方法，其特征在于：它按如下步骤进行：
a、用球铁或低碳钢铸造出蜗轮母体(1)，把蜗轮母体齿形加工到略小于所需名义尺寸，留出焊层余量；
b、采用亚激光脉冲焊、脉冲氩弧焊或激光脉冲丛熔焊方式，将铜合金焊丝熔焊到母体表面，制成在母体表面覆盖了均匀致密焊层(2)的蜗轮坯件，若有漏焊凹坑，应补焊；焊层毛坯厚度按照设计厚度+0.1毫米；
C、通过高温回火或振动时效处理，消除内应力；
d、用成形刀具，将蜗轮坯件铣切到设计尺寸；
所述焊层厚度为模数*(0.1～0.35)毫米；
所述铜合金焊丝在熔焊到母体表面时，焊接脉冲参数为：电压为60～65V；脉冲电流为100～300安；脉冲宽度为100～500ms。
2.根据权利要求1所述复合蜗轮的制备方法，其特征在于，所述铜合金焊丝在熔焊到母体表面时，焊层为1～3层。
3.根据权利要求2所述复合蜗轮的制备方法，其特征在于，所述振动时效处理工序在振动时效机上进行，选择激振力为5～10KN，激振前加速度为40～50m/S2，激振后加速度为50～60m/S2，激振时间为10～15分钟。
4.一种复合轴瓦的制备方法，其特征在于：它按如下步骤进行：
a、用球铁或低碳钢铸造出轴瓦母体(3)，把轴瓦母体加工到略小于所需名义尺寸，留出焊层余量；
b、采用亚激光脉冲焊、脉冲氩弧焊或激光脉冲丛熔焊方式，将铜合金焊丝熔焊到母体表面，制成在母体表面覆盖了均匀致密焊层(4)的轴瓦坯件，若有漏焊凹坑，应补焊；焊层为1～3层，焊层毛坯厚度按照设计厚度+(0.5～1.0)毫米；
C、通过高温回火或振动时效处理，消除内应力；
d、用成形刀具，将轴瓦坯件铣切到设计尺寸。
5.根据权利要求4所述复合轴瓦的制备方法，其特征在于，所述焊层设计厚度为0.5～1.0mm毫米。
6.根据权利要求5所述复合轴瓦的制备方法，其特征在于，所述铜合金焊丝在熔焊到母体表面时，焊接脉冲参数为：电压为60～65V；脉冲电流为100～300安；脉冲宽度为100～500ms；所述振动时效处理工序在振动时效机上进行，选择激振力为5～10KN，激振前加速度为40～50m/S2，激振后加速度为50～60m/S2，激振时间为10～15分钟。
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