CN102501036B - 一种单向器用齿轮的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单向器用齿轮的加工方法，属于汽车起动机配件加工技术领域，它解决了现有齿轮的加工方法精度低、环境污染严重、使用寿命短的问题。本发明加工方法包括对20cr第一次退火处理，退火温度为850℃到900℃，退火时间4小时；在室温下，将得到的20cr放入模具中，以30吨到60吨的冲力用冲头反挤形成内孔得到具有内孔的毛坯；将具有内孔的毛坯第二次退火处理，退火温度为650℃到600℃，退火时间为2小时；将第二次退火后的毛坯放入齿形凹模中，以80吨到100吨的冲力用齿形挤压模正挤压得到所述单向器用齿轮。本发明加工方法步骤简单、成本较低、对环境影响小且得到的齿轮精度高、使用寿命长，特别适合于汽车起动机的高工作负荷、高频率动作的工作环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮的加工方法，尤其涉及一种单向器用齿轮的加工方法。
背景技术
单向器齿轮是汽车起动机的重要零部件，在发动机工作出现异常时将会对起动机产生冲击，导致单向器齿轮受损。所以单向器齿轮的质量对于汽车起动机尤为重要。现有的单向器齿轮加工方法多使用机加工方法，其环境污染严重、生产成本高、生产效率低且得到的齿轮使用寿命短、精度也较低。
公开号为“CN1772431A”的中国专利公开了一种外齿轮减速式单向器外齿圈制作方法及其模具，它通过压力机上冷挤压，形成带星轮齿的单向器外齿圈齿轮的粗坯，再置入二次成型模具，通过压力机再次挤压，完成外齿圈外表齿轮的成型，经精加工和热处理后完成外齿圈的制作。但其制作过程复杂，加工精度和使用寿命仍存在改进之处。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种加工步骤简单、加工精度高、齿轮使用寿命长的一种单向器用齿轮的加工方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种单向器用齿轮的加工方法，其包括步骤：
S1：对20cr合金结构钢第一次退火处理，退火温度为850℃到900℃，退火时间为4小时；
S2：在室温下，将步骤S1得到的20cr放入模具中，以30吨到60吨的冲力用冲头反挤形成内孔得到具有内孔的单向器用齿轮毛坯；
S3：将步骤S2得到的具有内孔的单向器用齿轮毛坯第二次退火处理，退火温度为650℃到600℃，退火时间为2小时；
S4：将第二次退火后的具有内孔的单向器用齿轮毛坯放入齿形凹模中，以80吨到100吨的冲力用齿形挤压模正挤压得到所述单向器用齿轮。
进一步地，步骤S2后还包括对所述具有内孔的单向器用齿轮毛坯钻孔、平头、倒角、镗孔、车外圆、磨外圆的整形步骤。
进一步地，步骤S2中冲力的冲力为40吨。
进一步地，步骤S1与S2之间，步骤S3与S4之间还包括磷化-皂化处理步骤。
进一步地，所述磷化处理步骤中，磷化液的组分为：30％-45％的ZnO，5％-8％的H3PO4，2％-5％的NaF，10％-15％的磷酸二氢锌，余量为水。
进一步地，所述磷化步骤中磷化时间为10-15分钟，磷化温度为40℃到50℃。
进一步地，所述磷化步骤中磷化时间为13分钟，磷化温度为40℃。
与现有技术相比，本发明加工方法步骤简单、成本较低、对环境影响小且得到的齿轮精度高、使用寿命长，特别适合于汽车起动机的高工作负荷、高频率动作的工作环境。
附图说明
图1是本发明反挤形成内孔后的单向器用齿轮毛坯结构示意图；
图2是本发明单向器用齿轮结构示意图。
具体实施方式
本发明齿轮采用20cr合金结构钢作为齿轮原料，对原料进行第一次退火处理以降低硬度、改善切削加工性能并消除残余应力、稳定尺寸，减少变形和裂纹倾向；第一次退火温度为850℃到900℃，退火4小时后进行冷挤压。
冷挤压过程是指金属在高应力下的塑性变形，使得冷挤压形成的齿轮组织致密，金属纤维连续，其疲劳强度和耐磨性均比现有的切削加工要高出许多。并且本发明中，冷挤压成形的单向器用齿轮结构一端封闭，封闭的结构为齿轮提供了额外的抗弯强度，最适合于汽车单向器频繁和高负载的工作状况。
本发明冷挤压成形过程包括反挤形成内孔以及正挤压形成齿形的步骤。其中反挤形成内孔的步骤是将退火后的20cr合金结构钢放入模具中在室温下用冲头以30吨到60吨的冲力冲击形成内孔，冲力优选为40吨，形成的具有内孔1的毛坯如图1所示。在此冲力下形成的内孔精度达到0.035毫米。
在反挤形成内孔后还优选地包括对具有内孔的毛坯整形的步骤，该整形步骤包括钻孔、平头、倒角、镗孔、车外圆、磨外圆等。其都为常规工艺，在此不再赘述。
将具有内孔的毛坯进行第二次退火以再次降低硬度，改善切削加工性能，为后续冷挤压齿形作准备。第二次退火的退火温度为650至700℃，退火时间为2小时。第二次退火后进行挤齿步骤。
第二次退火的毛坯在模具中正挤压形成齿形，得到的齿轮结构如图2所示。本发明中，模具包括齿形凹模以及齿形挤压模，齿形挤压模挤压的压力为80吨至100吨。本实施例中，齿形挤压模和凹模的齿形由数控机床切割加工得到，在齿轮加工时通过编程即可获得理想齿形而无需担心根切，制造方法简单、方便。同时，齿形挤压模采用高速钢材料制成使得齿形挤压模的齿形精度可达到DIN6级，从而大大提高了由该齿形挤压模正挤压得到的齿轮齿形精度。
第一次退火和第二次退火后，为使毛坯表面光滑、降低毛坯表面摩擦损耗，使得后续的反挤内孔和正挤齿的步骤进行更为顺利，本发明是在第一次退火和第二次退火后对毛坯表面磷皂化处理。磷皂化处理包括磷化处理和皂化处理两个步骤，磷化处理是指用含有磷酸、磷酸盐和其他化学药品的溶液处理毛坯，毛坯表面在上述溶液中与磷酸、磷酸盐介质产生化学反应，形成完整的、具有中等防腐蚀作用的不溶性磷酸盐层。这种磷酸盐层在毛坯冷挤压加工时能减少毛坯表面的摩擦阻力、防止毛坯擦伤磨损、提高使用寿命。皂化处理是指将磷化后的毛坯清洗干净后烘干并放入皂化液中皂化处理以去除毛坯表面污渍，皂化液可含有一种或多种可溶性碱金属或胺皂，也可以将难溶金属皂分散其中。磷皂化过程中，磷化处理是最为关键的步骤。
本发明中，磷化采用的磷化液成分为ZnO、H3PO4、NaF以及磷酸二氢锌，配置质量百分比为：30％-45％，5％-8％，2％-5％，10％-15％，余量为水。磷化时间为10-15分钟，优选为13分钟，磷化温度为40℃到50℃，优选为40℃。采用上述成分和工艺参数后，毛坯表面磷化膜形成速度快、磷化成本降低、磷化膜厚度较厚且厚度均匀，便于后续附着皂化膜。
采用上述磷化液成分和磷化参数磷化500件齿轮毛坯后，测试其磷化膜厚度。经检测，磷化膜厚度大致分布在6.32mg/cm3、6.28mg/cm3、6.42mg/cm3、6.35mg/cm3、6.30mg/cm3左右，平均膜厚为6.3mg/cm3左右。其润滑效果好、摩擦系数低。
经过上述第一次退火、第一次磷皂化处理、毛坯整形、反挤内孔、第二次退火、第二次磷皂化处理、正挤齿后得到的单向器用齿轮，其齿形精度达到DIN9级，使用次数达到35000至50000次，完全满足汽车起动机的高工作负荷、高频率动作的工作环境需求。
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。
Claims (4)
1.一种单向器用齿轮的加工方法，其特征在于，包括步骤：
S1：对20Cr合金结构钢第一次退火处理，退火温度为850℃到900℃，退火时间为4小时；
S2：将步骤S1得到的20Cr进行磷化-皂化处理，其中，磷化液的组分为：30％-45％的ZnO，5％-8％的H3PO4，2％-5％的NaF，10％-15％的磷酸二氢锌，余量为水，磷化时间为10-15分钟，磷化温度为40-50℃；
S3：在室温下，将步骤S2得到的20Cr放入模具中，以30吨到60吨的冲力用冲头反挤形成内孔得到具有内孔的单向器用齿轮毛坯；
S4：将步骤S3得到的具有内孔的单向器用齿轮毛坯第二次退火处理，退火温度为650℃到700℃，退火时间为2小时；
S5：将步骤S4得到的具有内孔的单向器用齿轮毛坯进行磷化-皂化处理，其中，磷化液的组分为：30％-45％的ZnO，5％-8％的H3PO4，2％-5％的NaF，10％-15％的磷酸二氢锌，余量为水，磷化时间为10-15分钟，磷化温度为40-50℃；
S6：将步骤S5得到的具有内孔的单向器用齿轮毛坯放入齿形凹模中，以80吨到100吨的冲力用齿形挤压模正挤压得到所述单向器用齿轮。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：步骤S3后还包括对所述具有内孔的单向器用齿轮毛坯钻孔、平头、倒角、镗孔、车外圆、磨外圆的整形步骤。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：步骤S3中冲头的冲力为40吨。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：所述磷化步骤中磷化时间为13分钟，磷化温度为40℃。
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