CN107588180A - 一种齿轮箱箱体及其复合成型工艺 - Google Patents
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Abstract
一种齿轮箱箱体及其复合成型工艺，所述箱体包括结构相同固定连接的前箱体和后箱体，两者由所述连接形成齿轮箱腔体，所述腔体中动力输入腔的中心轴线位于腔体竖直对称平面内，与输出腔的中心轴线在箱体水平方向相距的距离小于在箱体竖直方向相距的距离，在加强腔的内壁上设置有条形加强物；齿轮箱箱体结构紧凑、简单，且具有可靠的机械强度，并且所述复合成型工艺利用覆膜砂成型箱体型腔并进行铸件热处理，成型箱体构型清晰，质量一致性高。
Description
技术领域
本申请涉及齿轮箱箱体及其成型方法，尤其涉及一种齿轮箱箱体及其复合成型工艺。
背景技术
齿轮箱是通过传动齿轮系来传递功率的齿轮传递组件，具有变速、改变传动的方向及改变转动力矩的作用；根据需要，齿轮箱还可带有离合的功能，通过分开两个原本啮合的齿轮，达到把发动机与负载分开的目的。齿轮箱箱体的设计应按照动力传动的布局安排、加工和装配条件、便于检查和维护等要求来进行。现有一些齿轮箱箱体为追求成型简便，设置内壁为光滑结构，虽然可以满足现有齿轮箱的机械强度，但由于齿轮箱在使用时温度会不断的增加，这种光滑结构内壁的齿轮箱的机械强度会降低，可能会造成扭曲变形。对此，现有技术中一些齿轮箱采用实体加强块对机械强度进行加强，但增加了整体重量；通常，齿轮箱的动力输入轴与输出轴设置于同一水平线，以简化动力传动的路线，实现平稳传动，但会造成齿轮箱横向尺寸过大。
在成型工艺方面，常见的传统铸造方式有：1）用金属模或木模进行造型，但存在着能耗大，夹砂、夹渣、气孔、疏松等缺陷较多；2）用树脂砂制芯/壳，或芯用树脂砂，壳用金属模造砂型来做，但树脂砂芯成本高，气孔、疏松缺陷仍不能有效解决；3）采用消失模工艺，但工艺所用的专用设备价格高，容易产生缩孔。4）用热法覆膜砂来制芯，但现有技术中应用覆膜砂成型铸件大多应用在重力铸造方面，或者仅仅是将覆膜砂射芯形成简单的泥芯应用于其他铸造。而对于大型复杂的齿轮箱体铸件，采用重力覆膜砂铸造，铸件在重力下凝固，受的压力较小，容易产生缩松、缩孔等缺陷，低压铸造又必须对型腔进行涂刷来防止粘砂，涂刷效率较低，易产生刷痕，影响表面质量。
可见，不仅齿轮箱箱体结构要满足工程要求，还需通过工艺措施来保证箱体铸件的质量，而常规的工艺方法均难以满足要求。
发明内容
本申请针对现有技术中存在的箱体机械强度不足、整体体积及重量大，以及成型工艺不能实现良好的箱体铸件质量的技术问题，提供一种齿轮箱箱体及其复合成型工艺，保证箱体机械强度的同时减轻重量，实现简单紧凑的结构设计，并且成型箱体构型清晰，质量一致性高。
为解决上述技术问题，本申请所采用的技术方案是：
一种齿轮箱箱体，包括前箱体和后箱体，所述前箱体和后箱体结构相同，呈圆角梯形体状，前箱体和后箱体分体制造并通过螺栓固定连接，使得所述前箱体和后箱体之间形成齿轮箱腔体，所述腔体包括动力输入腔、加强腔和输出腔，其特征在于，所述动力输入腔的中心轴线位于齿轮箱腔体竖直对称平面内，所述动力输入腔的中心轴线与所述输出腔的中心轴线在箱体水平方向相距距离为H，在箱体竖直方向相距距离为P，所述箱体的主体壁厚为T，且8T<H<P<16T。
进一步地，所述前箱体的动力输入腔腔体壁包括向腔体外延伸的具有环形端面的端部外环一，所述输出腔腔体壁包括向腔体外延伸的具有环形端面的端部外环二和端部外环三，还包括沿腔体向内延伸的端部内环一和端部内环二，所述端部外环二、端部外环三、端部内环一和端部内环二同心设置，且端部外环二外径与端部外环三内径相同，其中，所述端部外环一外径为Ri，内径为ri，所述端部外环二外径为Ro，端部外环二内径为ro，则ri+ro<P<Ri+ro，ri<H<Ro。
进一步地，在所述加强腔的内壁上设置有条形加强物，所述条形加强物宽度为w，厚度为t，其中，2w>t>w，w>T。
进一步地，所述条形加强物包括横向加强条和纵向加强条，所述纵向加强条包括横向错开的上纵向加强条和下纵向加强条，两者均与横向加强条相连。
进一步地，所述横向加强条的延长线垂直正交于输出腔的中心轴线，所述下纵向加强条距离输出腔中心轴线的距离为L，其中，H+ri<L<2Ri，所述上纵向加强条长度为h，与下纵向加强条横向错开距离为d，其中，h>P，1/3H<d<ri。
进一步地，所述端部外环一、端部外环二和端部外环三的环形端面上均布螺纹孔，其中，端部外环一环形端面上下两个螺纹孔位于竖直方向，其两侧相邻的两个螺纹孔孔心在水平方向上的距离为K，其中，0.5K<H，在端部外环二圆周方向相邻的两个螺纹孔中间对应的径向方位上，端部外环三设置有部分螺纹孔，所述端部外环三环形端面的螺纹孔的数量是所述端部外环二环形端面螺纹孔数量的2倍。
一种如权利要求1所述的齿轮箱箱体的复合成型工艺，包括如下步骤：
1)制作冷铁和砂芯；
2)制造覆膜砂砂块：将步骤1）中制作好的冷铁置于覆膜砂射芯砂块的模具中，覆膜砂在高压下喷射形成覆膜砂砂块；
3)造型：将覆膜砂砂块预埋在铸件模型上，所述砂块拼接形成覆膜砂砂块外模，外模内层的形状与所述齿轮箱箱体的铸件模型的形状相吻合；套砂箱，利用金属砂充填砂箱和覆膜砂砂块外模之间空间，将砂箱和覆膜砂砂块外模连在一起；起模后即形成铸件型腔的上半型或下半型；
4)下芯：将制作好的砂芯放入所述铸件型腔的下半型；
5)合箱：将下芯后的下半型和上半型合箱，形成齿轮箱箱体的铸型；
6)在低压下进行浇注；
7)开箱及清砂，得到齿轮箱箱体铸件；
8)对铸件进行热处理。
进一步地，所述热处理是在开箱后将铸件缓慢加热至第一预定温度，保温6小时，再缓慢冷却至第二预定温度，然后将铸件加热到第三预定温度后浸入淬火剂中冷却。
进一步地，所述第一预定温度为700-750℃，所述第二预定温度为600℃，所述第三预定温度为850-900℃。
进一步地，所述淬火剂主要成分包括：氯化钠，氯化钾，高分子聚醚，苯甲酸钠和聚醚改性有机硅。
进一步地，所述覆膜砂包括110-120目石英砂和90-100目石英砂，还包括热塑性酚醛树脂、环氧化物加成多胺和硬脂酸盐；其中，热塑性酚醛树脂的含量占石英砂总量的3.5-4wt％，环氧化物加成多胺的含量占热塑性酚醛树脂的12-14wt％，硬脂酸盐的含量占热塑性酚醛树脂的13-14wt％。
本申请具有如下有益效果：齿轮箱整体结构简单，重量轻，且机械强度得以增强，由于采用了复合成型工艺，使得齿轮箱箱体轮廓清晰，避免了常见的铸型缺陷，实现了齿轮箱箱体内部外部改善的质量一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的齿轮箱前箱体的正面示意图；
图2为本申请实施例提供的齿轮箱前箱体内部示意图；
图3为本申请实施例提供的齿轮箱前箱体主视图示意图；
图4为本申请实施例提供的齿轮箱前箱体A-A剖面示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种齿轮箱箱体及其复合成型工艺。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1-4所示，齿轮箱箱体的结构具体如下：包括前箱体100和后箱体，前箱体100和后箱体结构相同，呈圆角梯形体状，两者分体制造并通过螺栓固定连接，从而在前箱体100和后箱体之间形成齿轮箱腔体。腔体包括动力输入腔、加强腔和输出腔，动力输入腔位于齿轮箱腔体中间上部区域，加强腔位于腔体下部区域一侧，输出腔位于腔体下部区域另一侧；具体地，动力输入腔的中心轴线位于齿轮箱腔体竖直对称平面内，并且动力输入腔的中心轴线与输出腔的中心轴线在箱体水平方向相距距离为H，在箱体竖直方向相距距离为P，箱体的主体壁厚为T，且8T<H<P<16T。动力输入腔、加强腔和输入腔的合理设置，使得齿轮箱箱体整体尺寸大大缩小。
前箱体100的动力输入腔腔体壁包括向腔体外延伸的具有环形端面的端部外环一1，输出腔腔体壁包括向腔体外延伸的具有环形端面的端部外环二2和端部外环三3，还包括沿腔体向内延伸的端部内环一和端部内环二，上述输出腔腔体壁向内延伸部分与腔体主体壁间具有圆滑过渡区域，端部外环二2、端部外环三3、端部内环一和端部内环二同心设置，且端部外环二2外径与端部外环三3内径相同，端部外环二2的环形端面具有15度内侧倒角，其中，所述端部外环一1外径为Ri，内径为ri，所述端部外环二2外径为Ro，端部外环二2内径为ro，则ri+ro<P<Ri+ro，ri<H<Ro。动力输入腔和输出腔端部的设置使得在保证输入动力轴与输入动力轴的可靠支承的基础上，避免额外设置支承轴套，简化了结构，且一体成型的端部结构可以减少齿轮箱工作时的震动从而减轻齿轮箱箱体的工作噪音。
在加强腔的腔体壁上设置有条形加强物，条形加强物包括横向加强条5和纵向加强条，纵向加强条包括横向错开的上纵向加强条4和下纵向加强条6，上纵向加强条4和下纵向加强条6分别从横向加强条垂直向上和向下延伸，并且，横向加强条4的延长线方向垂直相交于输入腔的中心轴线。条形加强物的宽度为w，厚度为t，与齿轮箱箱体腔体的主体壁厚T存在这样的关系，2w>t>1.7w，w>T；下纵向加强条6距离输出腔中心轴线的距离为L，上纵向加强条4长度为h，其与下纵向加强条6横向错开距离为d，其中，H+ri<L<2Ri，h>P，1/3H<d<1/2ri。条形加强物可以提高腔体内壁上的机械强度，且有利于箱体的散热效果。
具体地，以Ri=141mm，ri=108mm，Ro=135mm，ro=106mm为例，相应设置H=126mm，P=230mm，相比于动力输入腔、输出腔、加强腔在水平方向并行设置的齿轮箱，其横向尺寸缩短了约35%；取T=15mm，w=19mm，t=35mm，L=252mm，h=240mm，d=52mm，材质为灰铸铁，可得齿轮箱箱体重量为118kg，相比于设置实体加强板的齿轮箱箱体重量减轻约5%。
在端部外环一1、端部外环二2和端部外环三3的环形端面上均布螺纹孔，螺纹孔的设置遵循这样的原则，即，端部外环一1环形端面的上下两个螺纹孔位于竖直方向，其两侧相邻的两个螺纹孔孔心在水平方向上的距离为K，其中，0.5K<H，在端部外环二2环形端面的圆周方向相邻的两个螺纹孔中间对应的径向方位上，端部外环三3的环形端面对应设置有部分螺纹孔，同时，端部外环三3环形端面的螺纹孔的数量是端部外环二2环形端面螺纹孔数量的2倍。如此设置，利于机械加工且能够分散安装带来的扭矩和应力。
根据齿轮箱箱体的结构完成成型工艺设计，为了保证铸件表面质量且高效的生产操作，设置铸件型腔采用覆膜砂射芯成型，砂芯采用树脂砂，低压铸造。本实施例的齿轮箱箱体的成型工艺，是一种复合成型工艺，具体步骤如下：
1)制作冷铁和砂芯；
2)制造覆膜砂砂块：将步骤1）中制作好的冷铁置于覆膜砂射芯砂块的模具中，覆膜砂在高压下喷射形成覆膜砂砂块，其中，模具的温度控制在200-230度；覆膜砂包括110-120目石英砂和90-100目石英砂，以及热塑性酚醛树脂、环氧化物加成多胺和硬脂酸盐；其中，热塑性酚醛树脂的含量占石英砂总量的3.5-4wt％，环氧化物加成多胺的含量占热塑性酚醛树脂的12-14wt％，硬脂酸盐的含量占热塑性酚醛树脂的13-14wt％；覆膜砂的成分组成使得覆膜砂的强度和表面质量得到了改善，有助于提高铸件的外形清晰度，而采用体积小的砂块，利用浸涂方式进行涂料涂覆，避免不必要的痕迹，并能够缩短涂覆时间。
3)造型：将覆膜砂砂块预埋在铸件模型上，砂块拼接形成覆膜砂砂块外模，其内层的形状与齿轮箱箱体的铸件模型的形状相吻合；套砂箱，利用金属砂充填砂箱和覆膜砂砂块外模之间空间，从而将砂箱和覆膜砂砂块外模连在一起；起模后形成铸件型腔的上半型或下半型；
4)下芯：将制作好的砂芯放入铸件型腔的下半型；
5)合箱：将下芯后的下半型和上半型合箱，形成齿轮箱箱体的铸型；
6)在低压下进行浇注，其中升液时间为8s，压力为0.3MPa，充型时间为25s，压力为0.4MPa，结壳时间为130s，压力为0.4MPa，增压时间为22s，压力为0.6MPa，保压时间为700s，压力为0.6MPa，卸压时间为20s，压力为0；
7)开箱及清砂，得到齿轮箱箱体铸件；
8)对铸件进行热处理，热处理工艺是在开箱后将铸件缓慢加热至700-750℃，保温6小时，再缓慢冷却至600℃，然后将铸件加热到850-900℃后浸入淬火剂中冷却。其中，淬火剂主要成分包括：氯化钠，氯化钾，高分子聚醚，苯甲酸钠，聚醚改性有机硅，将淬火剂原液用水稀释成一定百分比浓度的溶液，控制稀释溶液的温度在室温，根据热处理工艺要求将铸件加热至预定温度，将其直接浸入稀释溶液中进行冷却。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种齿轮箱箱体，包括前箱体和后箱体，所述前箱体和后箱体结构相同，呈圆角梯形体状，前箱体和后箱体分体制造并通过螺栓固定连接，使得所述前箱体和后箱体之间形成齿轮箱腔体，所述腔体包括动力输入腔、加强腔和输出腔，其特征在于，所述动力输入腔的中心轴线位于齿轮箱腔体竖直对称平面内，所述动力输入腔的中心轴线与所述输出腔的中心轴线在箱体水平方向相距距离为H，在箱体竖直方向相距距离为P，所述箱体的主体壁厚为T，且8T<H<P<16T。
2.根据权利要求1所述的齿轮箱箱体，其特征在于，所述前箱体的动力输入腔腔体壁包括向腔体外延伸的具有环形端面的端部外环一，所述输出腔腔体壁包括向腔体外延伸的具有环形端面的端部外环二和端部外环三，还包括沿腔体向内延伸的端部内环一和端部内环二，所述端部外环二、端部外环三、端部内环一和端部内环二同心设置，且端部外环二外径与端部外环三内径相同，其中，所述端部外环一外径为Ri，内径为ri，所述端部外环二外径为Ro，端部外环二内径为ro，则ri+ro<P<Ri+ro，ri<H<Ro。
3.根据权利要求1所述的齿轮箱箱体，其特征在于，在所述加强腔的内壁上设置有条形加强物，所述条形加强物宽度为w，厚度为t，其中，2w>t>w，w>T；所述条形加强物包括横向加强条和纵向加强条，所述纵向加强条包括横向错开的上纵向加强条和下纵向加强条，两者均与横向加强条相连。
4.根据权利要求3所述的齿轮箱箱体，其特征在于，所述横向加强条的延长线垂直正交于输出腔的中心轴线，所述下纵向加强条距离输出腔中心轴线的距离为L，其中，H+ri<L<2Ri，所述上纵向加强条长度为h，与下纵向加强条横向错开距离为d，其中，h>P，1/3H<d<ri。
5.根据权利要求2所述的齿轮箱箱体，其特征在于，所述端部外环一、端部外环二和端部外环三的环形端面上均布螺纹孔，其中，端部外环一环形端面上下两个螺纹孔位于竖直方向，其两侧相邻的两个螺纹孔孔心在水平方向上的距离为K，其中，0.5K<H，在端部外环二圆周方向相邻的两个螺纹孔中间对应的径向方位上，端部外环三设置有部分螺纹孔，所述端部外环三环形端面的螺纹孔的数量是所述端部外环二环形端面螺纹孔数量的2倍。
6.一种如权利要求1所述的齿轮箱箱体的复合成型工艺，包括如下步骤：
1)制作冷铁和砂芯；
2)制造覆膜砂砂块：将步骤1）中制作好的冷铁置于覆膜砂射芯砂块的模具中，覆膜砂在高压下喷射形成覆膜砂砂块；
3)造型：将覆膜砂砂块预埋在铸件模型上，所述砂块拼接形成覆膜砂砂块外模，外模内层的形状与所述齿轮箱箱体的铸件模型的形状相吻合；套砂箱，利用金属砂充填砂箱和覆膜砂砂块外模之间空间，将砂箱和覆膜砂砂块外模连在一起；起模后即形成铸件型腔的上半型或下半型；
4)下芯：将制作好的砂芯放入所述铸件型腔的下半型；
5)合箱：将下芯后的下半型和上半型合箱，形成齿轮箱箱体的铸型；
6)在低压下进行浇注；
7)开箱及清砂，得到齿轮箱箱体铸件；
8)对铸件进行热处理。
7.根据权利要求6所述的复合成型工艺，其特征在于，所述热处理是在开箱后将铸件缓慢加热至第一预定温度，保温6小时，再缓慢冷却至第二预定温度，然后将铸件加热到第三预定温度后浸入淬火剂中冷却。
8.根据权利要求7所述的复合成型工艺，其特征在于，所述第一预定温度为700-750℃，所述第二预定温度为600℃，所述第三预定温度为850-900℃。
9.根据权利要求7所述的复合成型工艺，其特征在于，所述淬火剂主要成分包括：氯化钠，氯化钾，高分子聚醚，苯甲酸钠和聚醚改性有机硅。
10.根据权利要求6所述的复合成型工艺，其特征在于，所述覆膜砂包括110-120目石英砂和90-100目石英砂，还包括热塑性酚醛树脂、环氧化物加成多胺和硬脂酸盐；其中，热塑性酚醛树脂的含量占石英砂总量的3.5-4wt％，环氧化物加成多胺的含量占热塑性酚醛树脂的12-14wt％，硬脂酸盐的含量占热塑性酚醛树脂的13-14wt％。
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Denomination of invention: A gearbox box and its composite forming process Granted publication date: 20180727 Pledgee: Zhejiang Longyou rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: UNIVERSAL PRECISION MACHINING (ZHEJIANG) CO.,LTD. Registration number: Y2024330000488 |