CN102764838A - 一种渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮热精锻加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮热精锻加工工艺。具体包括镦粗拔长—制坯—锻模—去毛边—锻后处理（包括：淬火、调质热处理，齿面热处理通过渗氮、表面淬火、正火来完成。最后喷砂去除氧化皮、表面酸处理）—齿形冷精整。该发明简化锻造工艺过程，减少工序、加工产品质量好，能实现规模化生产，以达到优质、节材、节能和节时的目的，同时还能较显著地提高模具的使用寿命，从而制的齿轮的耐磨性大大增强，克服了齿面点蚀剥落现象，强度大大提高，延长了使用寿命，成本得以降低。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮，及其材料。尤其是一种用渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮热精锻加工工艺。
背景技术
轧制棒料直接切削加工成的齿轮，其工作齿根处的正应力与纤维组织方向垂直，齿轮的力学性能很差，但是经过镦粗后棒料在切削加工制得齿轮，其纤维组织弯曲呈放射状，齿轮根部正应力与纤维组织方向平行，则力学性能要好的多。同时在一般的齿轮加工中，其加工材料多采用采用钢、铁等，但钢、铁齿轮一般加工工序多工艺较复杂，生产周期长，生产效率低，生产成本也比较高。其他材料的齿轮由于某些缺点也只能用于特定场合，而对齿轮的加工常用工艺为：传统的加工方法一般有下列方法：一是将坯料锻打预成形后再用切削对齿部加工，该方法不仅费工费料，而且齿根处有退刀槽，影响结合齿强度；另一种方法是齿部与主体以电子束焊接成形，但这样存在应力集中现象。从而导致产品出现质量的缺陷，在应用中经常引发事故。近年来，虽然有人提出铸造挤压成形的加工方法，齿形无需切削加工，但目前多采用冷挤压，一般组织颗粒比较粗大，力学性能差，而且使用寿命短，这样就导致在预成形过程中，使材料变形抗力大，导致模具寿命降低，不能满足产业化生产要求。但是经锻造后，可以获得一定的锻造流线组织，因此齿轮的性能得到极大改善。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种采用渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮精锻加工方法。
本发明设计的齿轮热精锻加工工艺，其所用材料包括了下列元素的百分比含量：Pb：0.05～0.12%，Si：0.10～0.20%，C：0.1～0.19%,Cr：0.9～1.20%,Ti：0.04～0.09%。持此之外还包含一定量可控的S，P等杂质。优选Pb：0.07～0.10%，Si：0.11～0.17%，C：0.12～0.17%,Cr：0.10～1.10%,Ti：0.05～0.08%，其特征在于采用了下列的加工工艺：热精锻加工工艺，步骤如下：
（1）镦粗拔长棒料：将上述材料的棒料镦粗，首先轴向墩粗：将棒料沿轴向墩粗，成为扁圆形之后再拔长坯料，将扁圆形锻件拔长成方形截面的长方体，在墩粗至立方体，将锻件翻转90“进行变向锻造，墩粗成圆柱体，在镦粗过程中加热要均匀，使变形均匀，并且镦粗面要与轴线垂直，同时将毛坯原始高度和直径比控制在小于2.5之内，经过多次镦粗后，避免了锻件的撕裂，（2）将镦粗后的坯料在镦粗台进行制坯，以便金属合理分布并很好的充满模膛，使坯料基本符合齿轮形状，（3）对齿坯进行锻模：首先将齿坯放入预锻模膛，使与模垫相连的下模和禁固在垂头的上模一起上下运动，使毛坯在冲击力的作用下充满整个模膛，然后在终锻模膛进行挤压，在挤压过程中使模膛尺寸比齿轮齿轮放大一个收缩量。同时变形温度控制在1200-800℃，挤压力控制在20-40Mpa，（4）将模锻后的齿轮的毛边去除，为热处理做好准备，（5）正火处理，将齿轮锻件送入加热炉，加热炉温度控制在900-1000℃；保温0.5-3h；之后将锻件送到风冷室，进行齿轮表面渗氮，冷却至550-650℃后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为500-650℃，保温0.3-2.5h，后出炉空冷，（6）将渗氮后的齿轮经抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，（7）精整加工。
本发明的优点之一：在于通过更换材质及工艺，锻压后不需要切削加工，齿根部无退刀槽，克服了齿轮根部应力集中和易断齿的缺陷，而且增强齿轮的耐磨性和强度，延长了使用寿命。
本发明的优点之二：采用热模锻，变形后金属具有再结晶组织而无加工硬化现象，次法能以较小的功达到较大变形，同时获得高力学性能的再结晶组织。
本发明的优点之三：不需要切削加工，不仅避免了应力集中想象，而且节省材料和加工工序，因此提高了材料的利用率和生产效率。
本发明的优点之四：实现了批量生产，齿轮生产成本低，材料综合机械性能有所提高，产品性能好，质量稳定，因此能满足产业化生产要求，从而得到广泛的应用。
具体实施方式
实施例一
一种采用渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮精锻加工方法，该齿轮材料包含其百分比含量为：Pb：0.05%，Si：0.10%，C：0.1%,Cr：0.9%,Ti：0.04%。持此之外还包含一定量可控的S，P等杂质。采用的加工工艺：热精锻加工工艺，步骤如下：（1）镦粗拔长棒料：将上述材料的棒料镦粗，首先轴向墩粗：将棒料沿轴向墩粗，成为扁圆形之后再拔长坯料，将扁圆形锻件拔长成方形截面的长方体，在墩粗至立方体，将锻件翻转90“进行变向锻造，墩粗成圆柱体，在镦粗过程中加热要均匀，使变形均匀，并且镦粗面要与轴线垂直，同时将毛坯原始高度和直径比控制在为2.0，（2）将镦粗后的坯料在镦粗台进行制坯，（3）对齿坯进行锻模：首先将齿坯放入预锻模膛，使与模垫相连的下模和禁固在垂头的上模一起上下运动，使毛坯在冲击力的作用下充满整个模膛，然后在终锻模膛进行挤压，在挤压过程中使模膛尺寸比齿轮齿轮放大一个收缩量。同时变形温度始锻温度为1200℃，终锻温度为800℃，挤压力为20Mpa，（4）将模锻后的齿轮的毛边去除，（5）正火处理，将齿轮锻件送入加热炉，加热炉温度控制在900℃；保温0.5h；之后将锻件送到风冷室，进行齿轮表面渗氮，冷却至600℃后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为500℃，保温0.3h，后出炉空冷，（6）将渗氮后的齿轮经抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，（7）精整加工。
实施例二
一种采用渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮精锻加工方法，该齿轮材料包含其百分比含量为：Pb：0.10%，Si：0.17%，C：0.17%,Cr：1.10%,Ti：0.08%。持此之外还包含一定量可控的S，P等杂质。采用的加工工艺：热精锻加工工艺，步骤如下：（1）镦粗拔长棒料：将上述材料的棒料镦粗，首先轴向墩粗：将棒料沿轴向墩粗，成为扁圆形之后再拔长坯料，将扁圆形锻件拔长成方形截面的长方体，在墩粗至立方体，将锻件翻转90“进行变向锻造，墩粗成圆柱体，在镦粗过程中加热要均匀，使变形均匀，并且镦粗面要与轴线垂直，同时将毛坯原始高度和直径比控制在为1.8，（2）将镦粗后的坯料在镦粗台进行制坯，（3）对齿坯进行锻模：首先将齿坯放入预锻模膛，使与模垫相连的下模和禁固在垂头的上模一起上下运动，使毛坯在冲击力的作用下充满整个模膛，然后在终锻模膛进行挤压，在挤压过程中使模膛尺寸比齿轮齿轮放大一个收缩量。同时变形温度始锻温度为1100℃，终锻温度为750℃，挤压力为30Mpa，（4）将模锻后的齿轮的毛边去除，（5）正火处理，将齿轮锻件送入加热炉，加热炉温度控制在920℃；保温1h；之后将锻件送到风冷室，进行齿轮表面渗氮，冷却至610℃后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为550℃，保温1h，后出炉空冷，（6）将渗氮后的齿轮经抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，（7）精整加工。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (2)
1.一种20CrMnTi渗碳钢材料齿轮的加工方法，其主要包括了下列元素的百分含量：Pb：0.05～0.12%，Si：0.10～0.20%，C：0.1～0.19%,Cr：0.9～1.20%,Ti：0.04～0.09%。除此之外还包含一定量可控的S，P等杂质,其特征在于采用了下列的加工工艺为：精锻加工工艺法，（1）镦粗拔长棒料：将上述材料的棒料镦粗，首先轴向墩粗：将棒料沿轴向墩粗，成为扁圆形之后再拔长坯料，将扁圆形锻件拔长成方形截面的长方体，在墩粗至立方体，将锻件翻转90°进行变向锻造，墩粗成圆柱体，在镦粗过程中加热要均匀，使变形均匀，并且镦粗面要与轴线垂直，同时将毛坯原始高度和直径比控制在小于2.5之内，经过多次镦粗后，避免了锻件的撕裂，（2）将镦粗后的坯料在镦粗台进行制坯，以便金属合理分布并很好的充满模膛，使坯料基本符合齿轮形状，（3）对齿坯进行锻模：首先将齿坯放入预锻模膛，使与模垫相连的下模和紧固在垂头的上模一起上下运动，使毛坯在冲击力的作用下充满整个模膛，然后在终锻模膛进行挤压，在挤压过程中使模膛尺寸比齿轮放大一个收缩量。同时变形温度控制在1200-800℃，挤压力控制在20-40Mpa，（4）将模锻后的齿轮的毛边去除，为热处理做好准备，（5）正火处理，将齿轮锻件送入加热炉，加热炉温度控制在900-1000℃；保温0.5-3h；之后将锻件送到风冷室，进行齿轮表面渗氮，冷却至550-650℃后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为500-650℃，保温0.3-2.5h，后出炉空冷，（6）将渗氮后的齿轮经抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，（7）精整加工。
2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于：Pb：0.07～0.10%，Si：0.11～0.17%，C：0.12～0.17%,Cr：0.10～1.10%,Ti：0.05～0.08%，除此之外还包含一定量可控的S，P等杂质。
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