CN104772611A - 带有齿的齿轮的包括锻造的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及齿轮的制备方法，包括使用闭式模具进行横向热锻，其中，其中心孔和齿的形成在所述的热锻操作中完成，所述方法没有进行滚齿和去毛刺过程。该部件可应用于摩托车。

Description

带有齿的齿轮的包括锻造的制造方法

技术领域

本发明涉及一种带有齿的齿轮的制造方法，其为一种主要应用于摩托车的汽车部件，其中，所述轮齿主要通过锻造方法制备而成。

背景技术

主要带有齿构件的齿轮是重要的汽车部件，应用于摩托车的发动机变速箱。这种齿轮的制造通常采用的加工方法包括滚齿及去毛刺工序。

由于这些传统的制造带齿的轮齿的方法，所述的汽车部件伴有一定类型的缺陷。比如需要消耗更多的财力和时间；包括对中心孔以及轮齿轮廓的形成的多种加工步骤；造成大量废料产生等。

由于多种加工操作，加工件的晶粒（grain）或内部构造受到影响，因此，像很高应力的承载能力、耐腐蚀性、耐高温性和高结构强度等性能受到不利影响。

由于齿轮齿的制造过程中大量加工工具的介入，可能存在许多的仪器误差、加工件错误处理和偶然误差，这主要取决于加工工具设计的专业技术和此后各种操作的正确处理。这些带有齿的齿轮的生产过程中的意外误差成为带有齿的齿轮偶然损坏的原因，远早于齿轮部件的预期寿命。

应用单步锻造工艺生产带有齿的齿轮，按照惯例是不能实行的，主要是由于以下原因：

（ⅰ）所述部件的大规模生产设计的模具技术复杂性；

（ⅱ）用于制造商业上可接受的具有齿的齿轮的理想锻造条件不可实现；

（ⅲ）所述汽车部件的许多尺寸方面涉及各种尺寸范围，即，中心孔的形成、所述部件的大小优化、轮齿的形成等，主要对于实现该汽车部件的所有要求、优选的结构和功能特性，很难在单一的标准化过程中顾及到。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种制造方法，其主要包括汽车部件带有齿的齿轮的锻造，其中，所述轮齿锻造工艺的配套辅助步骤为退火、喷丸、磷化处理和齿冷挤压。本发明提出了一种带齿的齿轮汽车部件，与通过常规方法制备的同类的传统汽车部件相比，其性能更先进，即具有很高的应力承载能力、耐腐蚀性、耐高温性和高结构强度等。

本发明的主要目的在于主要包括横向（horizontal）热锻工艺制造带有齿的齿轮的方法，主要是其轮齿形成中不需要进行滚齿及去毛刺工序；因此，制造出的带有齿的齿轮预计具有更高的性能，如很高的应力承载能力、耐腐蚀性、耐高温性和很高结构强度等。

本发明的另一主要目的在于提出一种制造带有齿的齿轮的新方法，其中，所述方法主要包括对齿轮部件齿的形成的横向热锻，随后为二次加工，即逐步进行退火、喷丸、磷化处理和齿冷挤压，其中，本文中所述的方法在齿轮部件的齿形成中不包括齿轮滚齿和去毛刺操作。

进一步，本发明的另一目的在于提供一种新的模具，适用于横向热锻制造本发明所述的可变范围的所需形状、大小、尺寸、表面图案和构造的带有齿的齿轮。

进一步，本发明的另一目的在于提供一种带有齿的齿轮的制造方法，其中，在进行横向热锻及其配套操作后，即逐步进行退火、喷丸处理、磷化处理和齿冷挤压，所述方法还包括逐步进行CNC加工、拉削、刨花、表面渗碳操作及喷丸处理，主要便于获得最终的成品。

本发明内容还进一步借助一定的附图解释说明，其中这些附图的短标题如下。

附图说明

图1：表示所述的带齿的齿轮锻造加工件的一示意图；

图2：表示所述最终的带齿的齿轮部件的示意图；

图3：表示带有齿廓的常规齿轮的制造过程中所需的主要常规步骤的示意框图；

图4：表示本发明带有齿的齿轮的制造方法的主要步骤的示意框图，如横向热锻、退火、喷丸、磷化处理和齿冷挤压，其中，特别地，所述方法不包括对所述齿轮形成中心孔和齿型时进行滚齿及去毛刺操作。

具体实施方式

齿轮广泛应用于动力传动，它们应用于汽车、变速箱、重油发动机、机床、工业机械、农业机械、齿轮电机等。为满足繁重的使用条件，齿轮应该具有坚固的结构、可靠的性能、高效率、经济和使用寿命长。齿轮还应该无疲劳并且无高应力，以避免频繁故障。齿轮传动装置应该是无噪声、颤振，并且应该在恒定速比下确保高负荷能力。为了满足上述所有条件，齿轮制造已经成为一种高专业化领域。

本发明描述了一种用于制造带有齿的齿轮的新方法，其使用适和的设计好的新闭式模具通过横向（horizontal）热锻实现齿的形成，同样该方法不包括常规的滚齿和除毛刺操作。锻造后，将加工件进行其它配套操作，如逐步进行退火、喷丸处理、磷化处理和齿冷挤压。

如图1所示，锻造加工件1包括所有的基本结构特征，比如齿廓2和中心孔3，同时还有如图2的标号4、5所示的完整的表面和齿轮图型。加工件1要求表面加固、精炼主体部分，同时精炼所述齿轮的齿廓，一次连续的方式进行锻造后的操作，如图4所示，锻造中的加工件1进行退火，然后经特定的操作，主要喷丸、磷化处理、齿冷挤压、CNC加工、拉削、刨花、表面渗碳操作及喷丸处理等。不像图3所示的常规方法，图4所示的本发明的方法完全排除了滚齿及去毛刺操作。

热锻或温锻具有许多节省成本的优势，显现出其作为制造方法被越来越多的采用。钢的温锻的温度范围是从室温以上至低于重结晶温度，或从约800到1800华氏度。然而，温锻最适合的温度范围为窄的温度范围从1000到1330华氏度。与冷锻相比，温锻潜在的优势是，降低工具负载、减小锻压机负荷、增加钢的塑性（ductility）、取消锻造前退火的需要及可取消热处理的良好的锻造性能。

片状的原料，如果为钢，检测后，经过横向热锻，其中，使用优选合适齿轮齿廓大小和尺寸的闭式模具，锻造制备带有齿的齿轮主体。由于这种带齿的齿轮的制造方法，整套常规工艺包括齿轮的制备方法和生成齿的方法得以取消或完全改变，其中，最重要的常规工艺滚齿及其后的去毛刺工艺被完全取消。下列示意图表表示了本发明所提出制造方法涉及的步骤：

原材料(钢材)检查
	锻造(横向热锻)
退火
	喷丸处理

磷化处理
	齿冷挤压
CNC-1
	CNC-2
拉削
	刨花
渗碳处理
	喷丸处理
齿轮轧制100%

锻造中获得的结构的可靠程度是其他任何金属加工工艺所无法逾越的。没有内部气泡，或避免在压力或冲击下产生意外故障。锻造产生面向零件外形（part shape）的晶粒结构(grain structure)，导致了最佳强度、延展性、耐冲击性和耐疲劳。其中，由于加工切削材料成晶粒结构（grain pattern），经机械加工的设备或部件可能更易于疲劳腐蚀和应力腐蚀。在本发明所提出的方法中，在横向热/温锻过程中形成了所有主要的结构特征，例如中心孔以及全部的齿廓。针对中心孔直径和齿的长度/形状/方向等通过适当的设计和尺寸的选择，制备适当的闭式模具，并用于进行本发明所提出的横向热锻来制备本发明的带齿的齿轮。

进行上述锻造加工后，为提高齿轮部件的结构强度和其它性质，并优化所述带齿的齿轮部件的晶粒形状，需要立即对加工件进行一系列操作，即退火、喷丸、磷化处理和齿冷挤压。

在退火过程中，锻造加工件经热处理，其中，所述加工件的材料被改变，导致了其特性的变化，如强度和硬度。退火工艺通过加热到再结晶温度以上、保持适当的温度、然后进行冷却来产生条件，退火用于诱发延展性、软化材料、释放内部应力，通过使其均质改进结构，并提高冷加工性能。

在喷丸处理或喷砂阶段，其加工件经粗糙表面的平滑化处理、表面成型、并去除其表面污染物。在操作中使用加压流体，通常是空气，或离心轮带动介质。

磷化涂层（磷化处理）是一种由不溶性金属磷酸盐晶体组成的转化膜，在金属层和含有金属离子（锌、铁或镁）的磷酸溶液之间发生化学反应而形成。

在下一步骤中，对所述带齿的齿轮加工件进行齿冷挤压，其中所述加工件的整个齿廓是在室温或接近室温条件下冷挤压。这种处理进一步提高了主体的强度和抗压能力，并且提供了最后的齿轮齿优异的表面。

除了上述锻造工艺以及其它配套工艺，需要进行一定的附加制造齿轮的工艺完成齿带齿的齿轮部件的制造，主要是CNC加工、拉削、刨花、表面渗碳操作及喷丸处理。这些对本发明的带齿的齿轮进行的附加步骤，进一步增强了带齿的齿轮部件的结构特征、性能和寿命。

拉削和刨花进一步改善和平滑了带齿部件的齿轮上产生的各高度和凹陷的边缘和角，尤其是其齿廓。表面硬化或表面淬火是使金属表面硬化的工艺，通常通过向低碳钢材料表面注入元素，形成较硬的合金薄层。表面硬化通常在处理部件形成最终的形状后进行操作。渗碳处理本质上是热处理过程，铁或钢在另一种能够分解释放出碳的材料的存在下加热（在900-950℃的范围内（1650-1740°F））。根据时间和温度的量的不同，受影响区域的碳含量可以变化。渗碳处理时间越长和温度越高，更多的碳扩散进入部件并且碳扩散深度增加。最后喷丸处理使带齿的齿轮部件产生光滑和抛光的表面。

虽然本发明参考具体实施例进行解释说明，但该说明不是旨在以限制的意义进行解释。对本领域技术人员而言，对所公开的实施例的各种修改以及本发明的替代的实施例很明显是参照本发明的说明书，可以预见，这种修改并不背离本发明确定的精神和范围。

Claims (8)

1.一种带有齿的齿轮的制造方法，包括使用闭式模具进行横向热锻，其中，其中心孔和齿的形成在所述的热锻操作中完成，所述方法没有进行滚齿和去毛刺过程。

2.根据权利要求1所述的带有齿的齿轮的制造方法，其特征在于：所述方法使用闭式模具进行横向热锻，在齿的制备步骤中不进行滚齿操作。

3.根据权利要求1所述的带有齿的齿轮制造方法，其特征在于：所述的带有齿的齿轮制造在进行锻造处理后，逐步进行退火、喷丸处理、磷化处理、齿冷挤压。

4.根据权利要求1所述的带有齿的齿轮制造方法，其特征在于：所述方法制备的带齿的齿轮部件具有高应力承载能力、耐腐蚀性、耐高温性和高结构强度的结构和功能特性。

5.根据权利要求1所述的带有齿的齿轮制造方法，其特征在于：所述的锻造操作应用合适的闭式模具形成结构特征，如所述齿轮的中心孔、齿廓和其他主要表面凸起/凹陷。

6.一种权利要求1所述的方法制备的带有齿的齿轮，其特征在于：所述的任选的不同的形状、大小、尺寸、齿廓、表面图案和构型的齿轮通过包括横向热锻工艺的方法、使用相对应的形状、大小、尺寸、齿廓、表面图案和构型的闭式模具制造而成，且所述方法没有进行滚齿和去毛刺过程。

7.根据权利要求1所述的带有齿的齿轮制造方法，其特征在于：所述的闭式模具适用于横向热锻制造不同选择范围所需的形状、大小、尺寸、表面图案和构型的齿轮。

8.根据权利要求1所述的带有齿的齿轮制造方法，其特征在于：进行锻造和连续逐步的配套操作后，即退火、喷丸处理、磷化处理、齿冷挤压后，所述方法进一步逐步进行CNC加工、拉削、刨花、表面渗碳操作及喷丸处理。