CN102019335A - 调质结构钢的冷锻加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种钢材冷锻技术领域的调质结构钢的冷锻加工方法，首先针对不同坯料进行相应制坯处理，通过淬火处理和高温回火处理获得结构钢调质坯料；然后在滚筒式抛丸清理机中利用压缩空气将钢丸吹出不断冲击到调质后的结构钢坯料上，再对结构钢坯料进行磷、皂化处理；最后利用冷锻模具按冷挤压或冷镦的变形方式制备得到精密成形零件。本发明彻底改变了经典冷锻工艺路线，不再在钢质材料冷锻前进行软化处理，通过材料调质处理与冷锻变形强化加工出尺寸精度高且综合力学性能优良的机械零件，冷锻成形后无需后续热处理。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种钢材冷锻技术领域的方法，具体是一种调质结构钢的冷锻加工方法。
背景技术
在机械零件的加工制造过程中，为了改善金属零部件的加工性能及提高零部件的力学性能，热处理常作为其加工工艺过程中的一道重要工序，而调质处理是最普通也是最简便实用的一种热处理方法。机械零件中有一类零件，需要在调质状态下使用才能满足强度和刚度要求，如各种传动轴、连杆、齿轮，高强度联接件等。该类零件的传统加工方法为先调质处理再切削加工，该方法的缺点有：加工工时长、生产效率低，产品成本高、缺乏竞争力；金属流线被切断、不完整，零件机械性能差、寿命短，影响使用安全。随着冷锻技术的发展，先通过冷锻获得零件外形后通过调质处理改善性能，成为目前最常用的加工方法。由于零件锻后再调质时不可避免的会发生热处理变形，直接影响零件的尺寸精度且这种热处理变形难以控制，从而导致产品不合格，特别对形状复杂的齿形零件。
经过对现有技术的检索发现，中国发明专利号ZL03816463.9介绍了一种具有优良冷锻性能的调质钢丝材料，可用于制造高强度的螺栓与轴承，并未涉及到采用什么样的工艺方法将这种材料冷锻出精密的零件。
进一步检索发现，中国发明专利申请号200910116288.8与200910116289.2，其应用对象为中高碳微合金和微合金非调质钢材料；其涉及的控锻一控冷工艺方法，是针对热锻成形工艺的。目前，关于调质钢材料零件的加工方法，通常是先利用冷锻获得零件外形后通过调质处理改善性能，最后经过机械加工或校形等工序保证零件的尺寸精度。这种传统加工方法的工艺路线长、浪费能源，而且零件成本高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种调质结构钢的冷锻加工方法，彻底改变了经典冷锻工艺路线，不再在钢质材料冷锻前进行软化处理，而是在冷锻前直接进行调质处理，通过材料调质处理与冷锻变形强化加工出尺寸精度高且综合力学性能优良的机械零件，冷锻成形后无需后续热处理。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
第一步、针对不同坯料进行相应制坯处理：实心坯料采用棒料锯切下料、空心坯料采用管材锯切下料、复合结构坯料采用预成形工序制备得到坯料，其中坯料重量为成品重量的1.01～1.02倍；
第二步、通过淬火处理和高温回火处理获得结构钢调质坯料；
所述的淬火处理是指：将钢加热到临界温度以上，并保温使之奥氏体化后，以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，即马氏体。
所述的临界温度是指：对于亚共析钢的临界温度为Ac3，对于过共析钢的临界温度为Ac1；
所述的高温回火处理是指：高温回火是指在550-650℃之间进行回火。
第三步、在滚筒式抛丸清理机中利用压缩空气将钢丸吹出不断冲击到调质后的结构钢坯料上，以增大结构钢调质坯料的表面积用于更好地储存润滑剂；
第四步、对结构钢坯料进行磷、皂化处理以便在钢结构调质坯料表面形成磷皂化层，为后续冷锻成形提供润滑；
所述的磷、皂化处理的处理过程依次为：去油、冷水洗、热水洗、酸洗、冷水洗、热水洗、磷化、冷水洗、热水洗、中和以及皂化。
第五步、利用冷锻模具按冷挤压或冷镦的变形方式制备得到精密成形零件。
所述的冷锻模具，其凸模采用粉末高速钢制成，其组合凹模的模芯采用YG20合金制成。
所述的冷锻模具的表面设有PVD涂层。
本发明的有益效果：
1、与传统的“调质处理+机械加工”相比，本发明具有如下优点：①大幅减少切削余量，节约原材料和能源；②保留了完整的金属流线，提高了零件的疲劳强度；③便于组织连续生产，缩短生产周期，提高生产效率，降低生产成本；④降低对专用机床的依赖。
2、与常规的“先冷锻+后调质”相比，本发明具有如下优点：①减少切削余量，提高了锻件的成形精度；②由于冷锻前直接调质处理，省掉了退火软化过程，节省了能源；③常规工艺流程为“制坯→退火处理→抛丸→磷、皂化处理→冷锻成形→调质处理→校形或机加工”，可见工艺流程被有效缩短，从而提高生产效率，降低单件成本。④减少了热处理设备与机床的投资，提高企业竞争力。
附图说明
图1是本发明流程图。
图2是现有技术流程图。
图3是实施案例1的锻件形状变化图。
图4是实施案例2的锻件形状变化图。
图5是实施案例3的锻件形状变化图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
以正挤压件的成形过程为例，其工艺流程为：
1、制坯，选择直径φ30.0毫米的热轧圆棒料，材料牌号为40Cr，采用锯切下料，下料长度控制在29.9～30.1毫米。
2、调质，根据锻后正挤压件性能的要求，其调质工艺为：随炉加热至850℃淬火，然后在温度580℃条件下回火，保温2小时后出炉空冷。
3、常规抛丸工序。
4、常规磷皂化工序。
5、冷锻成形，通过正挤压模具冷挤成形，挤出部分直径为φ20.0毫米，变形程度约为55.6％。
所得正挤压件金属流线连续分布，无中心爆裂的缺陷。
实施例2
以反挤压件的成形过程为例，其工艺流程为：
1、制坯，选择直径φ25.0毫米的热轧圆棒料，材料牌号为40Cr，采用锯切下料，下料长度控制在24.9～25.1毫米。
2、调质，根据锻后正挤压件性能的要求，其调质工艺为：随炉加热至850℃淬火，然后在温度630℃条件下回火，保温2小时后出炉空冷。
3、常规抛丸工序。
4、常规磷皂化工序。
5、冷锻成形，通过反挤压模具冷挤成形，反挤压件内孔直径为φ15.8毫米，底厚为10.0毫米，变形程度约为40.0％。
所得反挤压件金属流线连续分布、无表面缺陷，成形质量良好。
实施例3
以某汽车轮毂锁紧套的成形过程为例，汽车轮毂锁紧套是用来锁紧轮毂和车轴联接的功能元件，需承受的锁止力达到100kN，故对其强度有一定要求，即小端端面硬度应在25HRC～29.5HRC范围内。
本实施例的工艺流程为：
1、制坯，由于没有符合尺寸规格的管料，选择直径为φ50.0毫米的热轧圆棒料，材料牌号为20MnMoB，经锯料、镦粗、反挤和变薄拉伸等预成形工序后获得内径φ47.0毫米、外径φ57.0毫米的管坯。
2、调质，由于锁紧套使用时需要承受一定的锁止力，因此对锁紧套的端面硬度有一定要求，其调质工艺为：随炉加热至870℃淬火，然后在温度650℃条件下回火，保温1.5小时后出炉空冷。
3、常规抛丸工序。
4、常规磷皂化工序。
5、冷锻成形，冷锻完成锁紧套零件成形，其大端内径毫米、外径
毫米，小端内径φ30±0.2毫米、外径
毫米，变形程度约为51.3％。
如图2所示，当采用现有技术的工艺流程进行试制，制坯后经球化退火，再冷锻成形，所得锻件小端端面硬度为23～25HRC，硬度不合格；为满足实际使用要求对传统冷锻工艺进行一定程度的改良，在冷锻后进行调质处理，由于锁紧套是空心薄壁件，调质处理时热处理变形明显，变形量大于0.1mm，导致零件失去尺寸精度，同时零件表面已氧化；为达到零件的尺寸精度，需进行机加工。
采用该实施例中的工艺流程进行试制，所得汽车轮毂锁紧套成形质量良好，省去了退火工序，且不需额外的机加工工序即可以达到成品，成品的端面硬度为HRC26～HRC28，满足使用要求。与上述现有技术相比，工艺流程被有效缩短、能耗减少且单件成本大幅降低。
Claims (7)
1.一种调质结构钢的冷锻加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、针对不同坯料进行相应制坯处理：实心坯料采用棒料锯切下料、空心坯料采用管材锯切下料、复合结构坯料采用预成形工序制备得到坯料，其中坯料重量为成品重量的1.01～1.02倍；
第二步、通过淬火处理和高温回火处理获得结构钢调质坯料；
第三步、在滚筒式抛丸清理机中利用压缩空气将钢丸吹出不断冲击到调质后的结构钢坯料上，以增大结构钢调质坯料的表面积用于更好地储存润滑剂；
第四步、对结构钢坯料进行磷、皂化处理以便在钢结构调质坯料表面形成磷皂化层，为后续冷锻成形提供润滑；
第五步、利用冷锻模具按冷挤压或冷镦的变形方式制备得到精密成形零件。
2.根据权利要求1所述的调质结构钢的冷锻加工方法，其特征是，所述的淬火处理是指：将钢加热到临界温度以上，并保温使之奥氏体化后，以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，即马氏体。
3.根据权利要求2所述的调质结构钢的冷锻加工方法，其特征是，所述的临界温度是指：对于亚共析钢的临界温度为Ac3，对于过共析钢的临界温度为Ac1。
4.根据权利要求1所述的调质结构钢的冷锻加工方法，其特征是，所述的高温回火处理是指：高温回火是指在550-650℃之间进行回火。
5.根据权利要求1所述的调质结构钢的冷锻加工方法，其特征是，所述的磷、皂化处理的处理过程依次为：去油、冷水洗、热水洗、酸洗、冷水洗、热水洗、磷化、冷水洗、热水洗、中和以及皂化。
6.根据权利要求1所述的调质结构钢的冷锻加工方法，其特征是，所述的冷锻模具，其凸模采用粉末高速钢制成，其组合凹模的模芯采用YG20合金制成。
7.根据权利要求1或6所述的调质结构钢的冷锻加工方法，其特征是，所述的冷锻模具的表面设有PVD涂层。
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