CN103737334B - 高强度齿轮加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度齿轮加工工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：（1）选择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料；（2）对圆坯料进行磨外圆，去除表面细裂纹；（3）将圆坯料进行退火处理后进行抛丸；（4）将圆坯料分别在磷化液和皂化液中进行处理；（5）将圆坯料通过挤压材料塑性变形得到毛坯，毛坯一端为渐开线齿形，毛坯另一端为光滑圆柱体；（6）将步骤（5）得到的毛坯再次通过挤压材料塑性变形挤压，得到的毛坯一端为渐开线齿形，另一端为圆环形凸棱；（7）在毛坯中心车出内孔；（8）将工件平进行渗碳淬火处理；（9）将工件进行回火处理；（10）抛丸。本发明得到的齿轮表面硬度硬，芯部韧性好，提高了齿轮（2模数）的单齿强度。

Description

高强度齿轮加工工艺
技术领域
本发明涉及一种齿轮加工工艺，尤其是一种高强度齿轮加工工艺。
背景技术
经过数十年的发展，我国汽车行业有了较大的发展。为了紧跟内燃机电机电器行业技术的发展和配套需要，需要适应体积要小、重量要轻、输出功率要比较大的发展趋势。传动齿轮属于汽车安全件，需要较高冲击韧性及破坏强度，齿轮（2模数）的单齿强度要求大于28000N。
齿轮的传统的加工工艺流程为：锻坯（45钢）-正火或调质-机加工（齿部采用滚齿工艺，齿形部金属流线与中心断裂连接（如图5标注2a处）-热处理高频淬火或锻坯（20CrMnTi）-机加工（齿部采用滚齿工艺）-热处理渗碳淬火-回火-抛丸。它所生产的齿轮（2模数）经试验都不能达到单齿强度28000N。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高强度齿轮加工工艺，齿轮表面硬度硬，芯部韧性好，提高了齿轮（2模数）的单齿强度。
按照本发明提供的技术方案，所述高强度齿轮加工工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）选择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料；
（2）对圆坯料进行磨外圆，去除表面细裂纹；
（3）退火：将圆坯料在温度870～890℃条件下处理8～10小时，再随炉冷却到360～380℃，出炉；
（4）抛丸：圆坯料经退火处理后抛丸10～15分钟；
（5）表面处理：将圆坯料分别在磷化液和皂化液中进行处理，磷化液组份为：磷酸二氢锌50～60克/升和硝酸锌80～110克/升，磷化液温度为70～80℃，处理时间为13～18分钟；皂化液为100～120克/升的硬脂酸钠，皂化液温度为70～80℃，处理时间为5～10分钟；
（6）冷挤齿形毛坯：将圆坯料通过挤压材料塑性变形得到毛坯，毛坯一端为渐开线齿形，齿形厚度比成品小0.05～0.1毫米，毛坯另一端为光滑圆柱体；
（7）冷挤成形齿轮及端部圆环形凸棱：将步骤（6）得到的毛坯再次通过挤压材料塑性变形挤压，得到的毛坯一端为渐开线齿形，另一端为圆环形凸棱；
（8）车加工：在毛坯中心车出内孔；
（9）渗碳淬火：将步骤（8）得到的工件平放在料架上，于880～900℃处理2～2.5小时，下降到840～850℃出炉淬火，淬火油温为80～90℃；
（10）回火：将步骤（9）处理后的工件在180～200℃回火80～100分钟；
（11）抛丸：将步骤（10）处理后的工件抛丸10～15分钟。
所述步骤（9）中工件放置在料架上时，工件之间间隔为5～7毫米。
本发明采用优质合金钢，用冷挤压技术二次挤压金属塑性成形加工的齿轮，材料晶粒组织更加致密，齿形部的金属纤维流线与中心连续连接，再经过渗碳淬火、回火、表面处理及抛丸后，表面硬度硬，芯部韧性好，提高了齿轮（2模数）的单齿强度，单齿强度由小于28000N提高到30000N以上。
附图说明
图1为本发明所述齿轮的结构示意图。
图2为图1的C-C剖视图。
图3为本发明第一次冷挤产品的结构示意图。
图4为本发明第二次冷挤产品的结构示意图。
图5为本发明滚齿金属纤维流向（图中1a处）与现有技术中冷挤压加工齿形部金属纤维流向（图中2a处）的对比图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
实施例一：一种高强度齿轮加工工艺，包括以下工艺步骤：
（1）选择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料，具有较高的强度及韧性，且淬透性比较好，经渗碳淬火回火后表面硬，心部韧性好；
（2）磨外圆：去除圆坯料表面细裂纹并提高表面光洁度；
（3）退火：将圆坯料在温度870℃条件下处理10小时，再随炉冷却到360℃，出炉；退火的作用是为了软化金属；
（4）抛丸：圆坯料经退火处理后抛丸10分钟，以去除圆坯料表面残留物质如氧化皮等；
（5）表面处理：将圆坯料分别在磷化液和皂化液中进行处理，促使表面润滑；磷化液组份为：磷酸二氢锌50克/升和硝酸锌80克/升，磷化液温度为70℃，处理时间为18分钟；皂化液为100克/升的硬脂酸钠，皂化液温度为70℃，处理时间为10分钟；
（6）冷挤齿形毛坯：将圆坯料通过挤压材料（挤压材料为20CrMnTi）塑性变形得到毛坯（如图3所示），毛坯一端为渐开线齿形，齿形厚度比成品小0.05毫米，毛坯另一端为光滑圆柱体；
（7）冷挤成形齿轮及端部圆环形凸棱：将步骤（6）得到的毛坯再次通过挤压材料塑性变形挤压（如图4所示），得到的毛坯一端为渐开线齿形，另一端为圆环形凸棱；
（8）车加工：在毛坯中心车出内孔；
（9）渗碳淬火：将步骤（8）得到的工件平放在料架上，工件之间间隔5毫米，于880℃处理2.5小时，下降到840℃出炉淬火，淬火油温为90℃，渗碳层厚度为0.4毫米，碳势为0.9；渗碳淬火后的工作表面硬度达到HV0.1710以上，芯部硬度HRC40；
（10）回火：将步骤（9）处理后的工件在180℃回火100分钟，以消除应力，得到的工作表面硬度达到HV0.1700以上，芯部硬度HRC38；
（11）抛丸：将步骤（10）处理后的工件抛丸10分钟，以清洁表面，进下提高齿根弯曲疲劳强度。
实施例二：一种高强度齿轮加工工艺，包括以下工艺步骤：
（1）选择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料，具有较高的强度及韧性，且淬透性比较好，经渗碳淬火回火后表面硬，心部韧性好；
（2）磨外圆：去除圆坯料表面细裂纹并提高表面光洁度；
（3）退火：将圆坯料在温度890℃条件下处理8小时，再随炉冷却到360℃，出炉；退火的作用是为了软化金属；
（4）抛丸：圆坯料经退火处理后抛丸15分钟，以去除圆坯料表面残留物质如氧化皮等；
（5）表面处理：将圆坯料分别在磷化液和皂化液中进行处理，促使表面润滑；磷化液组份为：磷酸二氢锌60克/升和硝酸锌110克/升，磷化液温度为80℃，处理时间为13分钟；皂化液为120克/升的硬脂酸钠，皂化液温度为80℃，处理时间为5分钟；
（6）冷挤齿形毛坯：将圆坯料通过挤压材料（挤压材料为20CrMnTi）塑性变形得到毛坯（如图3所示），毛坯一端为渐开线齿形，齿形厚度比成品小0.1毫米，毛坯另一端为光滑圆柱体；
（7）冷挤成形齿轮及端部圆环形凸棱：将步骤（6）得到的毛坯再次通过挤压材料塑性变形挤压（如图4所示），得到的毛坯一端为渐开线齿形，另一端为圆环形凸棱；
（8）车加工：在毛坯中心车出内孔；
（9）渗碳淬火：将步骤（8）得到的工件平放在料架上，工件之间间隔7毫米，于900℃处理2小时，下降到850℃出炉淬火，淬火油温为90℃，渗碳层厚度为0.6毫米，碳势为1；渗碳淬火后的工作表面硬度达到HV0.1710以上，芯部硬度HRC43；
（10）回火：将步骤（9）处理后的工件在200℃回火80分钟，以消除应力，得到的工作表面硬度达到HV0.1700以上，芯部硬度HRC43；
（11）抛丸：将步骤（10）处理后的工件抛丸15分钟，以清洁表面，进下提高齿根弯曲疲劳强度。
实施例三：一种高强度齿轮加工工艺，包括以下工艺步骤：
（1）选择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料，具有较高的强度及韧性，且淬透性比较好，经渗碳淬火回火后表面硬，心部韧性好；
（2）磨外圆：去除圆坯料表面细裂纹并提高表面光洁度；
（3）退火：将圆坯料在温度880℃条件下处理9小时，再随炉冷却到370℃，出炉；退火的作用是为了软化金属；
（4）抛丸：圆坯料经退火处理后抛丸12分钟，以去除圆坯料表面残留物质如氧化皮等；
（5）表面处理：将圆坯料分别在磷化液和皂化液中进行处理，促使表面润滑；磷化液组份为：磷酸二氢锌55克/升和硝酸锌100克/升，磷化液温度为75℃，处理时间为15分钟；皂化液为110克/升的硬脂酸钠，皂化液温度为75℃，处理时间为6分钟；
（6）冷挤齿形毛坯：将圆坯料通过挤压材料（挤压材料为20CrMnTi）塑性变形得到毛坯（如图3所示），毛坯一端为渐开线齿形，齿形厚度比成品小0.06毫米，毛坯另一端为光滑圆柱体；
（7）冷挤成形齿轮及端部圆环形凸棱：将步骤（6）得到的毛坯再次通过挤压材料塑性变形挤压（如图4所示），得到的毛坯一端为渐开线齿形，另一端为圆环形凸棱；
（8）车加工：在毛坯中心车出内孔；
（9）渗碳淬火：将步骤（8）得到的工件平放在料架上，工件之间间隔6毫米，于890℃处理2.2小时，下降到845℃出炉淬火，淬火油温为85℃，渗碳层厚度为0.5毫米，碳势为0.9；渗碳淬火后的工作表面硬度达到HV0.1710以上，芯部硬度HRC42；
（10）回火：将步骤（9）处理后的工件在190℃回火90分钟，以消除应力，得到的工作表面硬度达到HV0.1700以上，芯部硬度HRC40；
（11）抛丸：将步骤（10）处理后的工件抛丸12分钟，以清洁表面，进下提高齿根弯曲疲劳强度。
本发明采用优质合金钢，用冷挤压技术二次挤压金属塑性成形加工的齿轮，材料晶粒组织更加致密，金属流线与中心连续连接（见图5标注1a处），再经过渗碳淬火、回火、表面处理及抛丸后，表面硬度硬，芯部韧性好，提高了齿轮（2模数）的单齿强度，单齿强度由小于28000N提高到30000N以上。

Claims (2)

1.一种高强度齿轮加工工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）选择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料；
（2）对圆坯料进行磨外圆，去除表面细裂纹；
（3）退火：将圆坯料在温度870～890℃条件下处理8～10小时，再随炉冷却到360～380℃，出炉；
（4）抛丸：圆坯料经退火处理后抛丸10～15分钟；
（5）表面处理：将圆坯料分别在磷化液和皂化液中进行处理，磷化液组份为：磷酸二氢锌50～60克/升和硝酸锌80～110克/升，磷化液温度为70～80℃，处理时间为13～18分钟；皂化液为100～120克/升的硬脂酸钠，皂化液温度为70～80℃，处理时间为5～10分钟；
（6）冷挤齿形毛坯：将圆坯料通过挤压材料塑性变形得到毛坯，毛坯一端为渐开线齿形，齿形厚度比成品小0.05～0.1毫米，毛坯另一端为光滑圆柱体；
（7）冷挤成形齿轮及端部圆环形凸棱：将步骤（6）得到的毛坯再次通过挤压材料塑性变形挤压，得到的毛坯一端为渐开线齿形，另一端为圆环形凸棱；
（8）车加工：在步骤（7）毛坯中心车出内孔；
（9）渗碳淬火：将步骤（8）得到的工件平放在料架上，于880～900℃处理2～2.5小时，下降到840～850℃出炉淬火，淬火油温为80～90℃；
（10）回火：将步骤（9）处理后的工件在180～200℃回火80～100分钟；
（11）抛丸：将步骤（10）处理后的工件抛丸10～15分钟。
2.如权利要求1所述的高强度齿轮加工工艺，其特征是：所述步骤（9）中工件放置在料架上时，工件之间间隔为5～7毫米。
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