CN106011621B - 一种谐波减速器柔轮的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种谐波减速器柔轮的制备工艺，它主要包括如下步骤：步骤一，将含低碳钢的原材料在惰性气体中熔融为合金汤；步骤二，将步骤一制得的合金汤浇入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后热处理退火处理，形成谐波减速器柔轮毛胚；步骤三，将步骤二制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；步骤四，将步骤三制得的圆片在400℃～450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；步骤五，对该谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，再对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.08～0.12mm，即制得谐波减速器柔轮成品。本发明制得的谐波减速器柔轮，耐磨性能好，抗腐蚀性能强，抗疲劳强度高。

Description

一种谐波减速器柔轮的制备工艺
技术领域
本发明涉及谐波减速器，尤其是一种谐波减速器柔轮的制备工艺。
背景技术
谐波减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的谐波发生器组成，具有高精度、高承载力等优点，和普通减速器相比，其使用的材料要少50％，体积及重量至少减少1/3，被广泛用于电子、航天航空、机器人等行业，由于它的独特优点，在化工行业的应用也逐渐增多。谐波减速器的柔轮既要产生柔性变形，又要承受较大的交变载荷，而现有的谐波减速器柔轮通常采用铸铁制成，其表面硬度低，粗糙度大，不抗腐蚀，抗疲劳强度小，不能满足化工行业的应用需要。
发明内容
本发明旨在解决背景技术存在的问题，提供一种谐波减速器柔轮的制备工艺，采用该工艺制得的谐波减速器柔轮，具有耐磨性好，抗疲劳强度高，抗腐蚀性好等优点。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种谐波减速器柔轮的制备工艺，主要包括如下步骤：步骤一，将含低碳钢的原材料投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；步骤二，将步骤一制得的合金汤浇入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后热处理退火处理，形成谐波减速器柔轮毛胚；步骤三，将步骤二制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；步骤四，将步骤三制得的圆片在400℃～450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；步骤五，对该谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，再对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.08～0.12mm，即制得谐波减速器柔轮成品。
进一步地，所述步骤一还包括前序工艺，所述前序工艺为将粒径小于200目的含低碳钢的原材料放入搅拌机中，80～120rpm混合至少6h；然后再投入真空球磨机中球磨，球料比为24～26：1，球磨转速为45～50rpm，球磨时间大于5h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；接着将磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内。
进一步地，所述含低碳钢的原材料由低碳钢液水雾化铁粉72～84份、石墨烯6～10份、纳米碳化硅3～5份、聚酰胺酰亚胺6～10份、偶联剂1～3份组成。
进一步地，所述含低碳钢的原材料由低碳钢液水雾化铁粉75～81份、石墨烯7～9份、纳米碳化硅3.5～4.5份、聚酰胺酰亚胺7～9份、偶联剂1.5～2.5份组成。
优选地，所述含低碳钢的原材料由低碳钢液水雾化铁粉78份、石墨烯8份、纳米碳化硅4份、聚酰胺酰亚胺8份、偶联剂2份组成。
优选地，所述低碳钢液水雾化铁粉的成分为含碳量0.13～0.18％，含硅量0.15～0.35％，含锰量0.6～0.85％，含铬量0.9～1.2％，含钴量0.15～0.3％，含磷量0.03％以下，含硫量0.03％以下，余量为铁。
优选地，所述偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3。
有益效果
本发明通过在低碳钢合金中加入石墨烯、纳米碳化硅材料以及聚酰胺酰亚胺和偶联剂，极大地提高了低碳钢合金的硬度和抗拉伸强度。在低碳钢合金中和石墨烯、纳米碳化硅混合材料中添加聚酰胺酰亚胺和偶联剂，增强了低碳合金钢与石墨烯、纳米碳化硅材料的结合能力，提高了该谐波减速器柔轮用金属基材料的整体刚度及抗疲劳性能，根据本发明的工艺制备的谐波减速器柔轮耐磨性好，抗疲劳强度高，能够满足谐波减速器柔轮的产品要求。此外，400℃～450℃下旋压可以进一步提高谐波减速器柔轮的韧性，而表层激光热处理可以进一步提高谐波减速器柔轮表面的硬度和耐腐蚀性，能够满足化工行业使用需要。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更清楚明了地理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉84份、石墨烯粉末6份、纳米碳化硅粉末3份、聚酰胺酰亚胺粉末6份及偶联剂粉末1份放入搅拌机中，100rpm混合8h，其中偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为25：1，球磨转速为50rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮毛胚；(5)将步骤(4)制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；(6)将步骤(5)制得的圆片在450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；(7)对步骤(6)制得的谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，然后对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.1mm，即制得谐波减速器柔轮成品。该谐波减速器柔轮成品的硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
实施例2
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉81份、石墨烯粉末7份、纳米碳化硅粉末3.5份、聚酰胺酰亚胺粉末7份及偶联剂粉末1.5份放入搅拌机中，80rpm混合10h，其中偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为26：1，球磨转速为45rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮毛胚；(5)将步骤(4)制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；(6)将步骤(5)制得的圆片在450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；(7)对步骤(6)制得的谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，再对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.1mm，即制得谐波减速器柔轮成品。该谐波减速器柔轮成品的硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
实施例3
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉78份、石墨烯粉末8份、纳米碳化硅粉末4份、聚酰胺酰亚胺粉末8份及偶联剂粉末2份放入搅拌机中，100rpm混合6h，其中偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为25：1，球磨转速为45rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮毛胚；(5)将步骤(4)制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；(6)将步骤(5)制得的圆片在450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；(7)对步骤(6)制得的谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，然后对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.1mm，即制得谐波减速器柔轮成品。该谐波减速器柔轮成品的硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
实施例4
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉75份、石墨烯粉末9份、纳米碳化硅粉末4.5份、聚酰胺酰亚胺粉末9份及偶联剂粉末2.5份放入搅拌机中，100rpm混合6h，其中偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为24：1，球磨转速为45rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮毛胚；(5)将步骤(4)制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；(6)将步骤(5)制得的圆片在450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；(7)对步骤(6)制得的谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，然后对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.1mm，即制得谐波减速器柔轮成品。该谐波减速器柔轮成品的硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
实施例5
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉72份、石墨烯粉末10份、纳米碳化硅粉末5份、聚酰胺酰亚胺粉末10份及偶联剂粉末3份放入搅拌机中，100rpm混合6h，其中偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为25：1，球磨转速为45rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮毛胚；(5)将步骤(4)制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；(6)将步骤(5)制得的圆片在450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；(7)对步骤(6)制得的谐波减速器柔轮进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，然后对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.1mm，即制得谐波减速器柔轮成品。该谐波减速器柔轮成品的硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
为了探索本发明的作用机理，故又设计了4个实施例为对照实验，如实施例6～9。
实施例6
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉100份放入搅拌机中，100rpm混合6h；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为25：1，球磨转速为45rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮毛胚；(5)将步骤(4)制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；(6)将步骤(5)制得的圆片在450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；(7)对步骤(6)制得的谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，再对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.1mm，即制得谐波减速器柔轮成品。该谐波减速器柔轮成品的硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
实施例7
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉82份、石墨烯粉末12份、纳米碳化硅粉末6份放入搅拌机中，100rpm混合6h；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为25：1，球磨转速为45rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮毛胚；(5)将步骤(4)制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；(6)将步骤(5)制得的圆片在450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；(7)对步骤(6)制得的谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，然后对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.1mm，即制得谐波减速器柔轮成品。该谐波减速器柔轮成品的硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
实施例8
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉83份、聚酰胺酰亚胺粉末14份及偶联剂粉末3份放入搅拌机中，100rpm混合6h，其中偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为25：1，球磨转速为45rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮毛胚；(5)将步骤(4)制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；(6)将步骤(5)制得的圆片在450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；(7)对步骤(6)制得的谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，再对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0.1mm，即制得谐波减速器柔轮成品。该谐波减速器柔轮成品的硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
实施例9
(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉78份、石墨烯粉末8份、纳米碳化硅粉末4份、聚酰胺酰亚胺粉末8份及偶联剂粉末2份放入搅拌机中，100rpm混合6h，其中偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3；(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨，球料比为25：1，球磨转速为45rpm，球磨时间6h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；(3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后加热至500℃保温5h，空气中自然冷却，得到谐波减速器柔轮，其硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
表1谐波减速器柔轮的耐磨性及抗疲劳强度测试结果
由表1可见，本发明制得的谐波减速器柔轮，比仅用低碳合金钢制得的谐波减速器柔轮具有更好的耐磨性和抗疲劳强度。分析实验结果，发明人认为可能是石墨烯和碳化硅的加入，极大地提高了低碳合金钢的耐磨性，而聚酰胺酰亚胺及偶联剂的加入，极大地提高了石墨烯和碳化硅材料与低碳钢液水雾化铁粉之间的润滑性和连接性，从而提高了本发明谐波减速器柔轮的抗疲劳强度。旋压及表层激光热处理可进一步提高谐波减速器柔轮表面的硬度及耐腐蚀性，还可提高谐波减速器柔轮的抗疲劳强度，从而使本发明的谐波减速器柔轮能够满足化工行业的使用需要。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.一种谐波减速器柔轮的制备工艺，主要包括如下步骤：
步骤一，将含低碳钢的原材料投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内，对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理，然后充入惰性气体，再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热，使以上粉体材料熔融为合金汤；
步骤二，将步骤一制得的合金汤浇入谐波减速器柔轮铸模中冷却成形，再压铸挤压成形，然后热处理退火处理，形成谐波减速器柔轮毛胚；
步骤三，将步骤二制得的谐波减速器柔轮毛胚进行车工，冲切成圆片；
步骤四，将步骤三制得的圆片在400℃～450℃下旋压，并辅以惰性气体保护，制成谐波减速器柔轮雏形；
步骤五，对该谐波减速器柔轮雏形进行精加工，打磨，除去表面的毛刺，再对其表层进行激光热处理，实现碳氮共渗，所述碳氮共渗层厚度为0 .08～0 .12mm，即制得谐波减速器柔轮成品；
其中，所述含低碳钢的原材料由低碳钢液水雾化铁粉72～84份、石墨烯6～10份、纳米碳化硅3～5份、聚酰胺酰亚胺6～10份、偶联剂1～3份组成。
2.根据权利要求1所述的谐波减速器柔轮的制备工艺，其特征在于：所述步骤一还包括前序工艺，所述前序工艺为将粒径小于200目的含低碳钢的原材料放入搅拌机中，80～120rpm混合至少6h；然后再投入真空球磨机中球磨，球料比为24～26：1，球磨转速为45～50rpm，球磨时间大于5h，球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80℃；接着将磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内。
3.根据权利要求1所述的谐波减速器柔轮的制备工艺，其特征在于：所述含低碳钢的原材料由低碳钢液水雾化铁粉75～81份、石墨烯7～9份、纳米碳化硅3 .5～4 .5份、聚酰胺酰亚胺7～9份、偶联剂1 .5～2 .5份组成。
4.根据权利要求3所述的谐波减速器柔轮的制备工艺，其特征在于：所述含低碳钢的原材料由低碳钢液水雾化铁粉78份、石墨烯8份、纳米碳化硅4份、聚酰胺酰亚胺8份、偶联剂2份组成。
5.根据权利要求1‐4任一项所述的谐波减速器柔轮的制备工艺，其特征在于：所述低碳钢液水雾化铁粉的成分为含碳量0 .13～0 .18％，含硅量0 .15～0 .35％，含锰量0 .6～0.85％，含铬量0 .9～1 .2％，含钴量0 .15～0 .3％，含磷量0 .03％以下，含硫量0 .03％以下，余量为铁。
6.根据权利要求1‐4任一项所述的谐波减速器柔轮的制备工艺，其特征在于：所述偶联剂为铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物，所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的比例为1：3。
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