CN103697144A - 一种短节距精密链轮的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短节距精密链轮的制造方法，包括如下步骤（a）链轮形状设计；（b）模具制作；（c）模具装配；（d）选择链轮配料；（e）混合配料；（f）压制成坯；（g）烧结；（h）切削毛坯；（i）铣齿形；（j）参照设计图纸检验毛坯的外观与尺寸；（k）热处理。铸造工具使用简单，多工艺处理毛坯，对毛坯外观与形状进行全面的处理，使得成型链轮精度高、质量优。模具与链轮一条线生产，使链轮的针对性强，在实际使用中功效明显，工作效率高，使用寿命长，从而有效的降低了成本。同时方便于根据不同的要求及用途铸造相应链轮，满足用户不同的需求。

Description

一种短节距精密链轮的制造方法

技术领域

本发明涉及一种短节距精密链轮的制造方法。

背景技术

在机械化的今天，链轮广泛的应用于各种行业，如工业、农业、军事、医疗卫生、科技等方面，在各种领域起到举足轻重的作用，在规模大的传动过程中，链轮比齿轮起到更大的作用，链轮是用链条来传动的，齿轮是通过互相啮合来传动的。和齿轮相比，链轮有单排、双排和多排的。适用于低速、重载和高温条件下，传动的功率和速度范围较大，结构紧凑可实现较大的传动比，效率高、使用寿命长，可以用在两轴中心较远的场合。

虽然链轮的适用场合广泛，但它的生产制作成本是相比齿轮比较大，且制作要求比较高，这就需要一个合理的工艺流程，既要保证质量高又能保证成本最节省化。这就要求我们结合链轮的材料、工序、制造参数、过程分析、提高时间利用率等方面逐个分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短节距精密链轮的制造方法，结合链轮设计图纸，铸造匹配的模具。选取链轮配料，并掺入性能良好的元素，使得成型链轮具有耐磨损、强度大、硬度高、淬透性等特点。利用帕斯卡原理的液压机压制成坯，通过烧结、切削、系齿形、热处理等工序处理毛坯，使得成型的链轮与设计要求的各项参数吻合度高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种短节距精密链轮的制造方法：其特征在于包括如下步骤：

（a）链轮设计：

了解链轮的用途、性能及工作条件，明确链轮在产品中的位置、功用及其主要的技术要求，从而确定链轮参数：链轮齿数z=31；链轮轮齿采用梯形状齿形，链轮轮齿节距P=9.525mm；滚子直径D_r=6.35mm；链轮分度圆直径D_f=94.15mm；链轮齿根圆直径D_i=87.80mm；链轮齿顶圆直径D_e=99mm；链轮最大轮毂直径D_H=80mm；根据确定的链轮各项参数绘制链轮的设计图纸；

（b）模具制作：

严格遵循链轮的参数以及链轮的设计要求，设计合适的链轮模具，并采用如下步骤制造所述链轮模具：①下料：选取Cr12MoV钢作为模具的原料，用轧制的方法将其制成矩形棒料；②锻造：将矩形棒料锻造成较大的矩形毛坯；③退火：对锻造后的毛坯进行退火，消除锻造后的毛坯的内应力；④车床加工成模；⑤热处理模具：淬火、回火处理模具，检查硬度HRC在56-60之间；⑥磨模具平面；⑦磨模具内孔；⑧精加工模具：采用手工研磨模具刃口；⑨测量成型模具：测量成型模具的各项尺寸，确保与模具设计误差在0.1mm以内；

（c）模具装配；

（d）选择链轮配料：

选择45Mn（优质碳素结构钢）为主配料，并混入少量其他副配料，组成制造链轮的原料；根据链轮的特点，制定各配料的具体质量百分比为：45Mn（优质碳素结构钢）含量占0.95-0.99,钒含量占0.01-0.015，钨含量占0.005-0.01，硼含量占0.001-0.005；

（e）混合配料：

按链轮各配料的具体质量百分比及链轮的生产数量要求，合理称取各配料：45Mn（优质碳素结构钢）粉、钒粉、钨粉、硼粉；依次加入双轴叶片混料机，进行混料作业250-300min，待混料均匀成型后，取出混料确保无其他杂质混入，并清理双轴叶片混料机；

（f）压制成坯：

根据链轮设计的各项参数，计算每个链轮所需的混料量，并准确称取一个链轮的混料量，先将称取的混料置于所述模具内，然后采用双柱液压机压制混料，双柱液压机将液体静压力施加给混料，实现配料在模具内自动移粉，使混料在模具内均匀分布，最后压制成毛坯；

（g）烧结：

将毛坯置于烧结炉内烧结，经低温预烧阶段、中温升温烧结阶段、高温保温阶段完成烧结过程，保温阶段温度在1100-1120℃，烧结25-30min，然后以0.4℃/s冷却，在650-400℃内则以1.5℃/s冷却，完成毛坯烧结；

（h）切削毛坯：

严格按照链轮设计图纸，比对毛坯与设计图纸中链轮的各项参数，确定所需铣齿的量及位置；首先用三爪卡盘将毛坯固定于车床，然后采用如下步骤切削链轮：①平端面；②粗车外圆；③钻中心孔；④拉孔；⑤粗车端面；⑥精车外圆；⑦精车端面；⑦清洗毛坯去毛刺和倒角；⑧检验毛坯；

（i）铣齿形：

参照链轮设计图纸，采用铣刀对所述毛坯进行铣齿；铣齿之前，在机床上安装固定胎具，根据链轮直径大小在所述毛坯上放置伞形支架，用以加固铣齿时的刚性和平稳性，然后比对所述毛坯的规格尺寸与设计图纸中链轮的各项参数，确定所需铣齿的量及位置；待铣齿完成后，清洗所述毛坯，检验齿形规格尺寸，确保与设计参数的误差范围在0.05mm以内；

（j）参照设计图纸检验毛坯的外观与尺寸；

（k）热处理：

将毛坯在淬火炉中加热，升温至Ac3（727-912℃），然后在水中快速冷却；接着对毛坯重新加热升温至Ac1（757-962℃），经保温后，将毛坯置于油环境中冷却成成型链轮；待检测强度要求在40-50HRC范围内后，清洗链轮后入仓。

本发明由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

铸造工具使用简单，多工艺处理毛坯，对毛坯外观与形状进行全面的处理，使得成型链轮精度高、质量优。模具与链轮一条线生产，使链轮的针对性强，在实际使用中功效明显，工作效率高，使用寿命长，从而有效的降低了成本。同时方便于根据不同的要求及用途铸造相应链轮，满足用户不同的需求。链轮配料中掺入多种元素，有效改善了链轮各方面的性能，包括：耐磨性、耐腐蚀性、强度、硬度、淬透性、韧性、热稳定性等。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明短节距精密链轮的示意图；

图2为本发明铣齿形用的一种铣刀。

具体实施方式

本发明一种短节距精密链轮的制造方法，采用模具和链轮一条线的生产方式。确定链轮设计要求，按照设计要求制作对应模具。选择链轮制作配料，掺入性能优良的元素，通过双轴叶片混料机均匀混合配料。利用双柱液压机的液体静压力压制混料成坯，在烧结炉内烧结加固，经切削、铣齿形和热处理工序处理毛坯的外观、形状及轮齿，从而制得成型的链轮。

本发明需要准备的如下材料及设备：

1、材料：Cr12MoV钢、45Mn（优质碳素结构钢）粉、钒粉、钨粉、硼粉。

2、机具设备：CA6140机床、三爪卡盘、专用夹具、X62W万能铣床、双轴叶片混料机、双柱液压机、烧结炉、淬火炉、各测量工具。

本发明包括如下步骤：

（a）链轮设计：

了解链轮的用途、性能及工作条件，明确链轮在产品中的位置、功用及其主要的技术要求，从而确定链轮参数如下表所示：

根据确定的链轮各项参数绘制链轮的设计图纸；链轮的设计原则主要满足三方面：即啮合要求、使用要求、工艺性与精度要求，具体如下：

①保证链条能顺利的啮入与啮出，不会有干涉现象；

②具有足够的容纳链条节距伸长的能力；

③具有合理的作用角；

④齿廓曲线与链传动工况相适应；

⑤有利于啮入和防止因链条跳动而跳链；

⑥加工工艺性好。

目前我国所执行的链轮标准为GB1244-85齿形。

（b）模具制作：

严格遵循链轮的参数以及链轮的设计图纸，设计合适的链轮模具，并采用如下步骤制造链轮模具：①下料：选取Cr12MoV钢作为模具的原料，用轧制的方法将其制成矩形棒料；②锻造：将矩形棒料锻造成较大的矩形毛坯；③退火：对锻造后的毛坯进行退火，消除锻造后的毛坯的内应力，并改善其加工性能；④车床加工成模：车下端面，然后掉头车上端面，留磨削余量为0.3-0.5mm；⑤热处理模具：淬火、回火处理模具，检查硬度HRC在56-60之间；⑥磨模具平：在平面磨床上磨上下两端面；⑦磨模具内孔；⑧精加工模具：采用手工研磨模具刃口；⑨测量成型模具：测量成型模具的各项尺寸，确保与模具设计误差在0.1mm以内；

（c）模具装配；

要制造出一副合格的模具，除了保证模具零件的加工精度外，还必须做好装配工作。装配是模具制造过程的一个重要环节，装配质量的好坏将直接影响产品的质量和模具的使用寿命，装配工艺过程包括装配前的准备工作、装配工作、调整和精度检验；

（d）选择链轮配料：

选择45Mn（优质碳素结构钢）为主配料，45Mn（优质碳素结构钢）的化学成份包括：碳C、硅Si、锰Mn、硫S、磷P、铬Cr、镍Ni、铜Cu。并混入少量其他副配料，组成制造链轮的原料；根据链轮的特点，制定各配料的质量份如下表所示：

配料	45Mn（优质碳素结构钢）粉	钒粉	钨粉	硼粉
					质量份	95-99	1-1.5	0.5-1	0.1-0.5

这些配料用于制造链轮使得链轮具有耐磨性好、耐腐蚀性好、强度大、硬度大、淬透性好、韧性强、热稳定性优等特点；

（e）混合配料：

按链轮各配料的具体质量百分比及链轮的生产数量要求，合理称取各配料：45Mn（优质碳素结构钢）粉、钒粉、钨粉、硼粉；依次加入双轴叶片混料机，双轴叶片混料机是由两个"S"形叶片组成，混料时，两个"S"形叶片以不同的速度和相反的方向旋转，由于逆流作用，各配料运动方向交叉，互相接触的机会增多，混合变得均匀；持续混料作业250-300min，待混料均匀成型后，拉动出料挡板，取出混料确保无其他杂质混入，及时使用，否则应密封贮存；最后清理双轴叶片混料机；

（f）压制成坯：

根据链轮设计的各项参数，计算每个链轮所需的混料量，采用重量法准确称取压制一个毛坯所需的混料量，先将称取的混料置于模具内，密封模具，然后采用双柱液压机处理模具及其混料，利用液体静压力浮动压制混料。粉末装在模具中，形成许多大小不一的拱洞。加压时，粉末产生移动，使粉末均匀分布于模具内，拱洞被破坏，空隙剑圣，随之粉粒从弹性变形转为塑性变形，颗粒间从点接触转为面接触。原子间的引力使粉末形成具有一定强度、密度的压坯；采用的压应力范围在200-250MPa，毛坯的密度大于7.2g/cm³；

（g）烧结：

将毛坯置于烧结炉内烧结，经低温预烧阶段、中温升温烧结阶段、高温保温阶段完成烧结过程，保温阶段温度在1100-1120℃，烧结25-30min，然后以0.4℃/s冷却，在650-400℃内则以1.5℃/s冷却，完成毛坯烧结；

（h）切削毛坯：

根据切削用量的选择原则，切削用量应根据工件的材料、刀具的材料、机床的功率、工艺系统的的刚度和加工精度的要求等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床的功率、转矩等特性，获得高的生产率和低加工成本。

严格按照链轮设计图纸，比对毛坯与设计图纸中链轮的各项参数，确定所需铣齿的量及位置；首先用三爪卡盘将毛坯固定于车床，然后采用如下步骤切削链轮：①平端面：背吃刀量为1mm，进给量0.1mm/r，切削速度30m/min；②粗车外圆：背吃刀量为2mm，进给量0.1mm/r，切削速度30m/min；③采用无护锥复合中心钻钻中心孔；④拉孔：进给量0.01mm/r，切削速度3m/min；⑤粗车端面：背吃刀量为1mm，进给量0.1mm/r，切削速度30m/min；⑥精车外圆；⑦精车端面；⑦清洗毛坯去毛刺和倒角；⑧检验毛坯；

（i）铣齿形：

1.检查毛坯的齿坯

（1）检查齿顶圆尺寸，以便于调整铣削层深度，保证齿厚正确。

（2）检查孔径尺寸及内孔与外圆的同轴度，以保证工件装夹的位置精度。

（3）检查基准端面与内孔的垂直度，以保证工件装夹的位置精度。

2.安装分度头和分度计算

（1）安装分度头和尾座，安装方法与铣削花键轴相同，即要求前后顶尖的连线与工作台面平行，并与工作台纵向进给方向一致；

（2）分度计算和调整分度叉，z=31，则n=29/z=29/31，即每铣完一齿，分度手柄在31孔的孔盘孔圈上摇过29个孔距，使两分度叉之间包含30个孔。

3.装夹和调整工件

用专用心轴装夹，专用心轴与工件内孔的配合。装夹时先把心轴安装在两顶尖之间，并用鸡心夹头固定；也可用三爪卡盘和顶尖装夹。再对心轴配合部分校验，其径向圆跳动不应大于0.02mm。然后把工件装夹在心轴上，用螺母紧固，并检查基准端面，其端面的跳动量不大于0.02mm。

4.选择和安装铣刀。

5.对刀。

6.调整铣削量。

7.调整铣削层深度。

为了保证获得准确的齿厚尺寸，及较小的表面粗糙度值，采用分粗、精铣两次进给来完成铣齿。铣齿前，根据链轮直径大小在链轮上放置伞形支架，用以加固铣齿时的刚性和平稳性。首先粗铣时切去大部分，测量粗铣后的齿厚根，根据实际余量调整铣削层深度，然后进行精铣。

（j）参照设计图纸检验毛坯的外观与尺寸；

（k）热处理：

将毛坯在淬火炉中加热，升温至Ac3（727-912℃），然后在水中快速冷却；接着对毛坯重新加热升温至Ac1（757-962℃），经保温5h后，将毛坯置于油环境中冷却成成型链轮；待检测强度要求在40-50HRC范围内后，清洗链轮。

以下是本发明制造的链轮的各项性能测试：

1.机械性能，以现有的三种链轮的机械性能为对照组，得到如下数据：

本发明制造的链轮较现有的链轮具有明显的优势，硬度更大，强度更强，韧性更优，抗冲击能力更佳。

2.耐磨损性能，采用ML-10磨料磨损试验机，以相对耐磨性为参考指标，即在同一实验条件下，标准链轮的质量磨损百分比与试验样品的质量磨损百分比的比值，测评链轮耐磨损性能；并以现有的三种链轮的相对耐磨性为对照组，得到的如下数据：

本发明制造的链轮较现有的链轮，具有更优的耐磨损性能。

3.耐腐蚀性能，采用CASS试验法（铜加速醋酸盐雾试验法），以相对耐腐蚀性为参考指标，即在同一实验条件下，标准链轮的质量腐蚀百分比与试验样品的质量腐蚀百分比的比值，测评链轮耐腐蚀性能；并以现有的三种链轮的相对耐腐蚀性为对照，组得到的如下数据：

本发明制造的链轮较现有的链轮，耐腐蚀性能更优。

4.热稳定性，即高温状态下链轮的物理及化学稳定性，以临界温度作为参考指标，测评链轮的热稳定性；并以现有的三种链轮的热稳定性为对照组，得到如下数据：

本发明制造的链轮较现有的链轮，热稳定性更优。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种短节距精密链轮的制造方法：其特征在于包括如下步骤：

（a）链轮设计：

了解链轮的用途、性能及工作条件，明确链轮在产品中的位置、功用及其主要的技术要求，从而确定链轮参数：链轮齿数z=31；链轮轮齿采用梯形状齿形，链轮轮齿节距P=9.525mm；滚子直径D_r=6.35mm；链轮分度圆直径D_f=94.15mm；链轮齿根圆直径D_i=87.80mm；链轮齿顶圆直径D_e=99mm；链轮最大轮毂直径D_H=80mm；根据确定的链轮各项参数绘制链轮的设计图纸；

（b）模具制作：

严格遵循链轮的参数以及链轮的设计要求，设计合适的链轮模具，并采用如下步骤制造所述链轮模具：①下料：选取Cr12MoV钢作为模具的原料，用轧制的方法将其制成矩形棒料；②锻造：将矩形棒料锻造成较大的矩形毛坯；③退火：对锻造后的毛坯进行退火，消除锻造后的毛坯的内应力；④车床加工成模；⑤热处理模具：淬火、回火处理模具，检查硬度HRC在56-60之间；⑥磨模具平面；⑦磨模具内孔；⑧精加工模具：采用手工研磨模具刃口；⑨测量成型模具：测量成型模具的各项尺寸，确保与模具设计误差在0.1mm以内；

（c）模具装配；

（d）选择链轮配料：

选择45Mn（优质碳素结构钢）为主配料，并混入少量其他副配料，组成制造链轮的原料；根据链轮的特点，制定各配料的质量份为：45Mn（优质碳素结构钢）粉质量份为95-99，钒粉质量份为1-1.5，钨粉质量份为0.5-1，硼粉质量份为0.1-0.5；

（e）混合配料：

按链轮各配料的具体质量百分比及链轮的生产数量要求，合理称取各配料：45Mn（优质碳素结构钢）粉、钒粉、钨粉、硼粉；依次加入双轴叶片混料机，进行混料作业250-300min，待混料均匀成型后，取出混料确保无其他杂质混入，并清理双轴叶片混料机；

（f）压制成坯：

根据链轮设计的各项参数，计算每个链轮所需的混料量，并准确称取一个链轮的混料量，先将称取的混料置于所述模具内，然后采用双柱液压机压制混料，双柱液压机将液体静压力施加给混料，实现配料在模具内自动移粉，使混料在模具内均匀分布，最后压制成毛坯；

（g）烧结：

将所述毛坯置于烧结炉内烧结，经低温预烧阶段、中温升温烧结阶段、高温保温阶段完成烧结过程，保温阶段温度在1100-1120℃，烧结25-30min，然后以0.4℃/s冷却，在650-400℃内则以1.5℃/s冷却，完成所述毛坯烧结；

（h）切削所述毛坯：

严格按照链轮设计图纸，比对所述毛坯的规格尺寸与设计图纸中链轮的各项参数，确定所需铣齿的量及位置；首先用三爪卡盘将所述毛坯固定于车床，然后采用如下步骤切削链轮：①平端面；②粗车外圆；③钻中心孔；④拉孔；⑤粗车端面；⑥精车外圆；⑦精车端面；⑦清洗所述毛坯去毛刺和倒角；⑧检验所述毛坯；

（i）铣齿形：

参照链轮设计图纸，采用铣刀对所述毛坯进行铣齿；铣齿之前，在机床上安装固定胎具，根据链轮直径大小在所述毛坯上放置伞形支架，用以加固铣齿时的刚性和平稳性，然后比对所述毛坯的规格尺寸与设计图纸中链轮的各项参数，确定所需铣齿的量及位置；待铣齿完成后，清洗所述毛坯，检验齿形规格尺寸，确保与设计参数的误差范围在0.05mm以内；

（j）参照设计图纸检验所述毛坯的外观与尺寸；

（k）热处理：

将所述毛坯在淬火炉中加热，升温至Ac3（727-912℃），然后在水中快速冷却；接着对所述毛坯重新加热升温至Ac1（757-962℃），经保温5h后，将毛坯置于油环境中冷却成成型链轮；待检测强度要求在40-50HRC范围内后，清洗链轮后入仓。

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