CN102107227B - 一种减速起动机内齿轮的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减速起动机内齿轮的制作方法，属于减速起动机技术领域。它解决了现有的内齿轮采用机加工生产存在对原材料要求高、利用率低、生产成本较高、机械性能差和使用寿命低的问题。本减速起动机内齿轮的制作方法，包括如下步骤：下料：先在棒料上截取块料；在块料上钻一通孔，得到坯料；冷挤压扩孔：采用液压机挤压坯料的通孔内侧使坯料的外径和通孔的直径增大，得到过程品；加工内齿：采用液压机驱动凸头移动使凸头挤压过程品通孔的内侧；在过程品内侧形成齿牙，得到半成品；表面处理，得到成品。采用本制作方法制作内齿轮具有降低了生产所需原材料的要求和成本、提高原材料的利用率、机械性能的优点。
Description
技术领域
本发明属于减速起动机技术领域，涉及一种减速起动机内齿轮，特别是一种减速起动机内齿轮的制作方法。
背景技术
减速起动机为在起动机的电枢轴与驱动齿轮之间装有齿轮减速器的起动机。它是汽车启动系统中将蓄电池的电能转换成机械能，进而启动发动机运转。减速起动机的齿轮减速器有外啮合式、内啮合式、行星齿轮式等三种不同形式。内齿轮是行星齿轮式减速起动机中的一个零件。
目前，减速起动机内齿轮是通过以下步骤制作的：首先在略大于内齿轮外径的棒料上截取适当长度的块料，然后在块料轴芯处钻一与内齿轮内径相当的通孔，最后采用齿轮加工机床加工出所需的齿。采用上述的制作方法生产内齿轮存在着以下缺陷：1、生产所需的棒料直径较大，即生产所需原材料的要求较高，这必然提高了所需原材料的成本；2、棒料中部被切削成为废料，显然存在着原材料利用率低，这也造成了资源的浪费；3、采用齿轮加工机床加工生产效率低，即所需的生产成本较高；4、采用该方法加工出的内齿轮还存在机械性能差、使用寿命低的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种生产效率高且节约原材料的减速起动机内齿轮的制作方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤：
A、下料：先在采用金属材料制成的棒料上截取与内齿轮长度相适应的块料；然后在块料的轴心钻一通孔，得到坯料；
B、扩孔：将坯料放置在模具上，采用液压机挤压坯料的通孔内侧使坯料的外径和通孔的直径增大，得到过程品；
C、加工内齿：将过程品放置在模具上，模具上具有凸头，凸头的外侧具有与内齿轮两相邻齿牙间隙一一对应的凸条，凸头与过程品的通孔相对，采用液压机驱动凸头移动使凸头挤压过程品通孔的内侧；在过程品内侧形成齿牙，得到半成品；
D、表面处理：采用机床切削半成品的两端面，使半成品的长度符合要求，得到成品。
在步骤A中将棒料固定在锯床上进而将棒料锯成所需长的块料，采用锯床下料具有操作方便和效率高的优点。在步骤B中的过程品采用冷挤压扩孔，采用该方法具有具有生产效率高的优点。在在步骤B中半成品内壁上的齿牙通过冷挤压成型，由此本内齿轮的强度较高和齿牙表面粗糙度低的优点，同时还具有生产效率高的优点。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的步骤A中的金属为合金结构钢。合金结构钢用作机械零件和各种工程构件并含有一种或数种一定量的合金元素的钢；如20CrMo和20Cr。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的步骤A中的棒料直径为内齿轮直径的0.5～0.7倍；块料的长度比减速起动机内齿轮的长度略长。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的步骤A中坯料还需依次经过退火、抛丸、磷化和皂化。本步骤中的退火为球化退火，它是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，提高塑性，金属延伸性。
本步骤中的抛丸是将坯料放置在抛丸机内，利用抛丸器抛出的高速弹丸清理工件表面氧化皮的设备，其目的在于清除工件表面氧化皮，避免氧化皮损坏冷挤压中的模具。
本步骤中的磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，皂化是酯在碱的作用下水解生成羧酸盐和醇的反应，其目的在于提高金属的流动性，减少零件与模具的摩擦力。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的退火的具体步骤为：首先将坯料加热到750℃～770℃，保温7.8～8.2小时；然后随炉缓慢冷却690℃～710℃，保温5.8～6.2小时；最后随炉缓慢冷却后出炉。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的步骤B中得到过程品更具体的步骤为a、将坯料放置在对应的模具上，采用液压机挤压坯料的通孔内侧使坯料的外径和通孔的直径均增大，得到初级过程品；b、将初级过程品放置在对应的模具上，采用液压机挤压初级过程品的通孔内侧使初级过程品的外径和通孔的直径均增大，得到中级过程品；c、将中级过程品放置在对应的模具上，采用液压机挤压中级过程品的通孔内侧使中级过程品通孔的直径增大，最终得到过程品。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的步骤B中过程品还需经过将过程品加热至150℃～170℃，保温2小时的应力退火。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的步骤B中液压机施加的压力为15～20Mpa。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的步骤C中液压机施加的压力为15～20Mpa。
在上述的减速起动机内齿轮的制作方法中，所述的步骤D中成品还需依次经过渗碳、淬火、回火和抛丸。
与现有技术相比，本减速起动机内齿轮的制作方法具有以下优点：
1、采用本方法制作内齿轮降低了所需棒料的直径，即降低了生产所需原材料的要求和成本。
2、坯料上的通孔与现有技术相比，其直径大大的缩小，即减少了废料的产生及提高原材料的利用率。
3、过程品和半成品均采用冷挤压成型，由此本内齿轮的强度和现有技术有较大提高。同时，采用冷挤压还具有生产效率高和得到的内齿轮表面粗糙度低的优点。
4、坯料经过退火、抛丸、磷化和皂化后提高了金属的延伸性，降低了坯料和模具之间的摩擦力，进而提高了模具的使用寿命。
附图说明
图1是发明中块料的立体结构示意图。
图2是发明中坯料的立体结构示意图。
图3是发明中初级过程品的立体结构示意图。
图4是发明中用于制作内齿轮初级过程品模具的结构示意图。
图5是发明中中级过程品的立体结构示意图。
图6是发明中用于制作内齿轮中级过程品模具的结构示意图。
图7是发明中过程品的立体结构示意图。
图8是发明中用于制作内齿轮过程品模具的结构示意图。
图9是发明中半成品的立体结构示意图。
图10是发明中用于制作内齿轮半成品模具的结构示意图。
图中，1、块料；2、坯料；3、初级过程品；4、中级过程品；5、过程品；6、半成品；7、通孔；8、凸台；9、模具；91、下模；911、凹槽；92、上模；921、凸头；922、凸条；10、齿牙；11、液压机；111、工作台；112、主轴。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
本减速起动机内齿轮制作方法中，选用制作本减速起动机内齿轮的金属棒料为20CrMo棒料，进而确定在冷挤压步骤中应控制断面收缩率83％～90％，该断面收缩率优选数值为86％～87％。按照减速起动机内齿轮的尺寸选用所需直径的棒料并用锯床将上述的棒料切割成所需长度的块料1；棒料的直径为内齿轮直径的0.5～0.7倍，块料1的长度比减速起动机内齿轮的长度略长，其结构如图1所示。
选用钻床在块料1的轴心处钻一通孔7，进而得到坯料2，坯料2的体积略大于内齿轮的体积，如图2所示。
将坯料2放置在合适的退火炉内进行球化退火加工，其具体步骤和条件为：首先将坯料2加热到750℃～770℃，保温7.8～8.2小时，该时间优选为8小时；然后随炉缓慢冷却690℃～710℃，保温5.8～6.2小时，该时间优选为6小时；最后随炉缓慢冷却后出炉。坯料2经过球化退火后降低了金属的硬度，特别是采用二段退火进一步降低金属的硬度，即提高坯料2的塑性，金属延伸性，使金属达到设计时金属应达到的断面收缩率要求，进而保证金属在接下来的连续三道冷挤压步骤中的质量。
坯料2经球化退火后在表面会形成氧化皮，于是将该坯料2放置在抛丸机内进行抛丸加工，直至去净除氧化皮。氧化皮的硬度较高，抛丸是为了避免氧化皮影响冷挤压步骤中金属的延伸及损伤模具9。
取出去氧化皮的坯料2，对工件依次进行磷化和皂化加工，进而使零件的表面形成磷化膜和皂化膜，该磷化膜给坯料2提供保护；在金属冷加工工艺中起减摩润滑的作用。该皂化膜在金属冷加工工艺中也起减摩润滑的作用，上述的磷化膜还提高了皂化膜附着在坯料2上的粘附力。坯料2经过磷化和皂化后在接下来的冷挤压步骤中可降低坯料2与模具9之间的摩擦力，即可提高模具9的使用寿命。
根据断面收缩率选择合适的制作内齿轮过程品5的模具9。如图4所示，用于制作内齿轮初级过程品3模具9包括具有圆柱状模腔的下模91和具有圆柱状凸头921的上模92。本模具9的下模91固定在液压机11的工作台111上，上模92与液压机11的主轴112相固连。将坯料2放置在下模91模腔中心处，上模92凸头921与坯料2的通孔7相对，操纵液压机11其主轴112带动上模92移动，液压机11施加的压力为15～20Mpa，该压力优选数值为17～18Mpa。上模92凸头921挤压坯料2的内侧，进而坯料2的外径和通过的直径均逐渐增大，得到初级过程品3，如图3所示。
如图6所示，用于制作内齿轮中级过程品4模具9与用于制作内齿轮初级过程品3模具9的结构和原理基本相同，不一样的地方在于，模腔的侧壁上还具有四条轴向均匀分布的条形凹槽911。将初级过程品3放置在下模91模腔中心处，上模92凸头921与初级过程品3的通孔7相对，操纵液压机11其主轴112带动上模92移动，液压机11施加的压力为15～20Mpa，该压力优选数值为17～18Mpa。上模92凸头921挤压初级过程品3的内侧，进而初级过程品3的外径和通过的直径均逐渐增大，初级过程品3的外壁逐渐形成与条形凹槽911相对应的凸台8，由此得到中级过程品4，如图5所示。
如图8所示，用于制作内齿轮过程品5模具9与用于制作内齿轮中级过程品4模具9的结构和原理基本相同。将中级过程品4放置在下模91模腔中心处，上模92凸头921与中级过程品4的通孔7相对，操纵液压机11其主轴112带动上模92移动，液压机11施加的压力为15～20Mpa，该压力优选数值为16～17Mpa。上模92凸头921挤压中级过程品4的内侧，进而中级过程品4的通过的直径逐渐增大，最后得到过程品5，如图7所示。
采用连续三道冷挤压进行扩孔即可保证每到冷挤压金属的断面收缩率均控制在设计值内，又可保证产品的合格率。同时采用连续三道冷挤压进行扩孔即可保证最节约原材料，又可保证生产成本最低。
将过程品5放置在退火炉内进行去应力退火加工，其具体步骤为将过程品5加热至150℃～170℃，保温2小时。去应力退火是目的为降低金属硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。该步骤即有效的消除上述连续三道冷挤压成型后内齿轮存在的残余应力。
根据断面收缩率选择合适的制作内齿轮半成品6模具9。如图10所示，用于制作内齿轮半成品6模具9与用于制作内齿轮过程品5模具9的结构和原理基本相同，凸头921与上模92分体但通过螺栓固定连接，凸头921的外侧具有与内齿轮两相邻齿牙10间隙一一对应的凸条922，凸头921采用合金工具钢材料制成。将过程品5放置在下模91模腔中心处，上模92凸头921与过程品5的通孔7相对，操纵液压机11其主轴112带动上模92移动，液压机11施加的压力为15～20Mpa，该压力优选数值为17～18Mpa。上模92凸头921挤压过程品5的内侧，进而在过程品5内侧形成齿牙10，得到半成品6，如图9所示。
由于冷挤压采用金属材料冷变形的冷作强化特性，即挤压过程中金属毛坯处于三向压应力状态，变形后材料组织致密、且具有连续的纤维流向，因而本内齿轮的强度和现有技术有较大提高。同时，采用冷挤压还具有生产效率高和得到的内齿轮表面粗糙度低的特点。
采用机床切削半成品6的两端面，使半成品6的长度达到内齿轮的标准长度，进而得到成品。
将成品放置在热处理炉内依次进行渗碳、淬火和回火加工。渗碳使内齿轮表面获得很高的硬度，提高工件耐磨性。淬火提高内齿轮的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等性能。回火消除内齿轮淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；稳定组织与尺寸，保证精度；改善和提高加工性能。
将经过渗碳、淬火和回火加工的成品放置在抛丸机内进行抛丸加工，进而改善内齿轮表面的粗糙度，提高内齿轮的美观性和机械性。最后，对经过抛丸加工的成品依次进行清洗、质检和包装，进而得到合格品。
实施例二
本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，不一样的地方在于：选用制作本减速起动机内齿轮的金属棒料为20Cr棒料。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了块料1；坯料2；初级过程品3；中级过程品4；过程品5；半成品6；通孔7；凸台8；模具9；下模91；凹槽911；上模92；凸头921；凸条922；齿牙10；液压机11；工作台111；主轴112等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (9)
1.一种减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤：
A、下料：先在采用金属材料制成的棒料上截取与内齿轮长度相适应的块料（1）；然后在块料（1）的轴心钻一通孔（7），得到坯料（2）；
B、冷挤压扩孔：将坯料（2）放置在模具（9）上，采用液压机（11）挤压坯料（2）的通孔（7）内壁使坯料（2）的外径和通孔（7）的直径增大，得到过程品（5）；所述的步骤B中得到过程品（5）更具体的步骤为a、将坯料（2）放置在对应的模具（9）上，采用液压机（11）挤压坯料（2）的通孔（7）内侧使坯料（2）的外径和通孔（7）的直径均增大，得到初级过程品（3）；b、将初级过程品（3）放置在对应的模具（9）上，所述模具（9）模腔的侧壁上还具有四条周向均匀分布的条形凹槽（911），采用液压机（11）挤压初级过程品（3）的通孔（7）内侧使初级过程品（3）的外径和通孔（7）的直径均增大，初级过程品（3）的外壁逐渐形成与条形凹槽（911）相对应的凸台(8)，得到中级过程品（4）；c、将中级过程品（4）放置在对应的模具（9）上，采用液压机（11）挤压中级过程品（4）的通孔（7）内侧使中级过程品（4）通孔（7）的直径增大，最终得到过程品（5）；
C、冷挤压加工内齿：将过程品（5）放置在模具（9）上，模具（9）上具有凸头（921），凸头（921）的外侧具有与内齿轮两相邻齿牙（10）间隙一一对应的凸条（922），凸头（921）与过程品（5）的通孔（7）相对，采用液压机（11）驱动凸头（921）移动使凸头（921）挤压过程品（5）通孔（7）的内壁；在过程品（5）内侧形成齿牙（10），得到半成品（6）；
D、表面处理：采用机床切削半成品（6）的两端面，使半成品（6）的长度符合要求，得到成品。
2.根据权利要求1所述的减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，所述的步骤A中的金属为合金结构钢。
3.根据权利要求1所述的减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，所述的步骤A中的棒料直径为内齿轮直径的0.5～0.7倍；块料（1）的长度比减速起动机内齿轮的长度略长。
4.根据权利要求1或2或3所述的减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，所述的步骤A中坯料（2）还需依次经过退火、抛丸、磷化和皂化。
5.根据权利要求4所述的减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，所述的退火的具体步骤为：首先将坯料（2）加热到750℃～770℃，保温7.8～8.2小时；然后随炉缓慢冷却690℃～710℃，保温5.8～6.2小时；最后随炉缓慢冷却后出炉。
6.根据权利要求1或2或3所述的减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，所述的步骤B中过程品（5）还需经过将过程品（5）加热至150℃～170℃，保温2小时的应力退火。
7.根据权利要求1或2或3所述的减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，所述的步骤B中液压机（11）施加的压力为15～20Mpa。
8.根据权利要求1或2或3所述的减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，所述的步骤C中液压机（11）施加的压力为15～20Mpa。
9.根据权利要求1或2或3所述的减速起动机内齿轮的制作方法，其特征在于，所述的步骤D中成品还需依次经过渗碳、淬火、回火和抛丸。
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