CN103273285A - 一种内齿圈的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内齿圈的加工方法,属于机械加工技术领域。本发明内齿圈加工方法解决了现有技术中内齿圈加工工艺生产工序长,正火后的内齿圈硬度达不到要求,氮化处理的条件温度高等问题。该内齿圈包括本体1、定位孔2、安装孔3和润滑孔4,其加工方法包括如下步骤:锻造成型、粗加工、调质、精加工、两步插齿、氮化处理和车削加工。本发明内齿圈的加工工序简单,制得的内齿圈硬度高,可达650-750HV,有效硬度层深,可为0.40mm,精度高,耐磨性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种内齿圈的加工方法,属于机械加工技术领域。
背景技术
齿圈是传递系统中用来输送传递功能的一个关键部件,是由带外齿的凸缘半联轴器和齿数相同的内齿圈等零件组成。主要用于启动电机传动系统,它依金属齿的啮合旋转传动输送传递功能。内齿圈的使用量非常大,但内齿通常采用插齿、推齿、拉齿成型,加工难度大,材料利用率低。一般的内齿圈的加工方法生产工序长,制得的内齿圈硬度低,且材料消耗和产品能耗都比较大,造成成本高。
现有技术中中国专利文件(公开号:CN102581574A)公开了一种内齿圈的加工方法,其步骤为:锻造、在920-930℃时正火、粗车、精车、插齿、渗碳、在840-860℃时压淬、抛丸。该加工工艺生产工序长,正火后的内齿圈硬度仅为160HBW。又如中国专利申请文件(公开号:CN101844306A)公开了一种薄壁件内齿圈加工工艺,其工艺步骤为:选材、下料、在850-890℃进行正火、精车、内齿加工、在氨气、甲烷的饱和气氛中加热到550-590℃进行软氮化热处理。根据该加工步骤制得的内齿圈的表面硬度最高仅为350HB,且软氮化热处理的温度较高。
发明内容
本发明针对现有的技术所存在上述问题,提出了一种生产工序简单,硬度高的内齿圈的加工方法。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现,一种内齿圈的加工方法,所述的加工方法包括如下步骤:
(1)、锻造成型:选用市售的普通钢,依据图纸要求预留余量,锻造成型。
(2)、粗加工:去除大量余量,将孔、端面进行初步成型。
(3)、调质:对粗加工后的内齿圈正火后在温度为830-870℃时进行调质处理。
(4)、精加工:将调质处理后的内齿圈先进行精加工再送往加工中心钻孔、攻丝。
(5)、两步插齿:将齿圈粗插齿后在200-300℃下回火定型3-4h,回火后进行精插齿。
(6)、氮化处理:将插齿后的内齿圈在500-550℃的条件下进行氮化处理。
(7)、车削加工:用硬刀头对内齿圈进行车削。
本发明采用两步插齿为粗插齿与精插齿,再经氮化处理后可使本发明的内齿圈具有较高的精度。在两步插齿中又增加了回火定型,避免了内齿圈的变形。且经研究后将氮化处理的时间提高至5天,使本发明加工得到的内齿圈有较高的表面硬度,较好的耐磨性,较好的抗磨蚀性,高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。此外,本发明在氮化处理前先对内齿圈进行调质处理,使其具有良好的塑性和韧性,氮化处理后不再实施淬火、回火,从而使本发明的加工工序较简便。且本发明氮化处理的温度较低,内齿圈的变形小,尺寸的稳定性好。
其中,按重量百分比计算,所述普通钢为42CrMoA钢,其化学成分及其质量百分比为:C:0.38-0.45%,Si:0.17-0.37%,Mn:0.50-0.80%,Cr:0.90-1.20%,Mo:0.15-0.25%。内齿圈在500-550℃的氮化处理时,使内齿圈的表面形成一层硬度很高又耐腐蚀的氮化物(主要为Fe2N、Fe3N、Fe4N)。内齿圈的机械性能决定着含碳量,含碳量高时会阻碍N的扩散,从而减少氮化层的厚度,而含碳量少时,内齿圈截面上的硬度梯度变化就会大,从而造成氮化层容易剥离。Mn的作用是增加渗氮后钢的表面硬度,Cr可以增加氮化层的厚度,Mo可以防止在500-550℃长时间加热造成的回火脆性,Cr、Mo对材质的改良也很重要。
在上述内齿圈的加工方法中,步骤(2)中所述的正火温度920-930℃。本发明在初加工后先进行正火,可减小内齿圈的变形,改善切削加工性,提高内齿圈零件表面的光洁度。
在上述内齿圈的加工方法中,步骤(6)中所述的氮化处理包括升温和降温两个过程,工件在充满氮气的饱和气氛中先升温至氮化处理的温度500-550℃,保温45-50小时,然后降温至室温,氮化时间为5天。内齿圈对氮原子的吸收能力,决定于温度、表面状态、内齿圈的成分等。氮化温度越高,溶入于内齿圈表面晶体点阵的机率越大。经长期实验研究以及复杂的计算,结合本加工方法中的氮化处理的温度、内齿圈的尺寸等,本发明延长并严格控制氮化处理的时间以及氮化时表面硬化的时间,从而提高内齿圈的表面硬度和疲劳强度。氮化处理时间过短,内齿圈表面的硬度不能达到最大值,但氮化处理时间过长,会影响生产效益。其中,内齿圈表面不清洁,如有油污等,隔离了活性氮与内齿圈表面的接触,会阻碍内齿圈对氮的吸收。
作为优选,所述的氮化处理温度为520℃。
在上述内齿圈的加工方法中,步骤(6)中所述氮化处理时内齿圈的表面硬化速度为0.008-0.012mm/h,表面硬化时间为35-43小时。含氮的表面硬化层可改善内齿圈的耐磨性能,降低摩擦系数和金属摩擦的粘附性,提高耐磨性及表层的疲劳强度的同时降低与周围介质的反应。若表面硬化速度过快会导致表面硬化层不稳定,但若硬化速度过慢,则又会延长硬化时间,延长工序周期,甚至达不到所需要的硬度厚度。
作为优选,步骤(6)中所述氮化处理时内齿圈的表面硬化速度为0.01mm/h,表面硬化时间为40小时。
在上述内齿圈的加工方法中,步骤(6)中所述的氮化处理后内齿圈的有效硬度层为0.35-0.40mm,氮化硬度为650-750HV。一般齿圈的有效硬度层只有0.24mm,而本发明通过延长氮化处理时间、控制氮化处理的温度以及表面硬度的速度和时间,使内齿圈的有效硬度层更厚,有效防止产品边缘变形,从而提高内齿圈的硬度及耐磨性。如果有效硬度层深度不够,便会产生疲劳点蚀或剥落。
其中,步骤(7)为保证内齿圈精度高的尺寸,需用精度高、耐用度好的硬刀头对内齿圈进行车削加工。此外,硬刀头的寿命比一般刀具的寿命长,可提高加工条件,缩短生产节拍时间,达到降低成本的效果。
本发明具有以下有益效果:
本发明内齿圈的加工工序简单,制得的内齿圈硬度高,可达650-750HV,有效硬度层深,可为0.40mm,精度高,耐磨性好。
附图说明
图1是本发明内齿圈的结构示意图。
图2是本发明内齿圈的剖视结构示意图。
图中,1、本体;2、定位孔;3、安装孔;4、润滑孔。
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。
如图1和图2所示,本发明内齿圈包括本体1,在本体1边缘上开设有排列呈十字形的定位孔2和多个均匀分布的安装孔3,安装孔3的圆心分布在同一个圆上且设置在每相邻两个定位孔2之间的安装孔3数量相同,在本体1内还开设有倾斜设置的润滑孔4。
实施例1
锻造成型:选用市售的普通钢,依据图纸要求预留余量,锻造成型。
粗加工:去除大量余量,将孔、端面进行初步成型。
调质:对粗加工后的内齿圈在900℃下正火后在温度为850℃时进行调质处理。
精加工:将调质处理后的内齿圈先进行精加工再送往加工中心钻孔、攻丝。
两步插齿:将齿圈粗插齿后在250℃下回火定型3h,回火后进行精插齿。
氮化处理:将插齿后的内齿圈在充满氮气的饱和气氛中先升温至氮化处理的温度520℃,保温48小时,然后降温,氮化周期为5天。其中氮化处理时内齿圈的表面硬化速度为0.010mm/h,表面硬化时间为40小时。
车削加工:用硬刀头对内齿圈进行车削。
实施例2
锻造成型:选用市售的普通钢,依据图纸要求预留余量,锻造成型。
粗加工:去除大量余量,将孔、端面进行初步成型。
调质:对粗加工后的内齿圈在920℃下正火后在温度为830℃时进行调质处理。
精加工:将调质处理后的内齿圈先进行精加工再送往加工中心钻孔、攻丝。
两步插齿:将齿圈粗插齿后在200℃下回火定型3h,回火后进行精插齿。
氮化处理:将插齿后的内齿圈在充满氮气的饱和气氛中先升温至氮化处理的温度500℃,保温45小时,然后降温,氮化周期为5天。其中氮化处理时内齿圈的表面硬化速度为0.008mm/h,表面硬化时间为35小时。
车削加工:用硬刀头对内齿圈进行车削。
实施例3
锻造成型:选用市售的普通钢,依据图纸要求预留余量,锻造成型。
粗加工:去除大量余量,将孔、端面进行初步成型。
调质:对粗加工后的内齿圈在930℃下正火后在温度为870℃时进行调质处理。
精加工:将调质处理后的内齿圈先进行精加工再送往加工中心钻孔、攻丝。
两步插齿:将齿圈粗插齿后在300℃下回火定型4h,回火后进行精插齿。
氮化处理:将插齿后的内齿圈在充满氮气的饱和气氛中先升温至氮化处理的温度550℃,保温50小时,然后降温,氮化周期为5天。其中氮化处理时内齿圈的表面硬化速度为0.012mm/h,表面硬化时间为43小时。
车削加工:用硬刀头对内齿圈进行车削。
比较例1
采用普通内齿圈加工方法制内齿圈。
对实施例1-3和比较例1制成的内齿圈进行比较,比较结果如表1所示。
表1:实施例1-3和比较例1制成的内齿圈效果比较
从表1中可以看出,本发明加工方法制得的内齿圈硬度高,耐磨性能好,稳定性较好,且加工方法步骤少,成本低。
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 (7)
1.一种内齿圈的加工方法,其特征在于,所述的加工工艺包括如下步骤:
(1)、锻造成型:选用市售的普通钢,依据图纸要求预留余量,锻造成型;
(2)、粗加工:去除大量余量,将孔、端面进行初步成型;
(3)、调质:对粗加工后的内齿圈正火后在温度为830-870℃时进行调质处理;
(4)、精加工:将调质处理后的内齿圈先进行精加工再送往加工中心钻孔、攻丝;
(5)、两步插齿:将内齿圈粗插齿后在200-300℃下回火定型3-4h,回火后进行精插齿;
(6)、氮化处理:将插齿后的内齿圈在500-550℃的条件下进行氮化处理;
(7)、车削加工:用硬刀头对内齿圈进行车削。
2.根据权利要求1所述的内齿圈的加工方法,其特征在于,步骤(3)中所述的正火温度920-930℃。
3.根据权利要求1所述的内齿圈的加工方法,其特征在于,步骤(6)中所述的氮化处理包括升温和降温两个过程,工件在充满氮气的饱和气氛中先升温至氮化处理的温度500-550℃,保温45-50小时,然后降温至室温,氮化时间为5天。
4.根据权利要求1或3所述的内齿圈的加工方法,其特征在于,步骤(6)中所述的氮化处理温度为520℃。
5.根据权利要求1或3所述的内齿圈的加工方法,其特征在于,步骤(6)中所述氮化处理时内齿圈的表面硬化速度为0.008-0.012mm/h,表面硬化时间为35-43小时。
6.根据权利要求5所述的内齿圈的加工方法,其特征在于,步骤(6)中所述氮化处理时内齿圈的表面硬化速度为0.01mm/h,表面硬化时间为40小时。
7.根据权利要求1或3所述的内齿圈的加工方法,其特征在于,步骤(6)中所述的氮化处理后内齿圈的有效硬度层为0.35-0.40mm,氮化硬度为650-750HV。
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