CN107848011A - 用于制造具有齿部的环的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有齿部的环的方法，所述方法包括以下方法步骤：(a)对预制环进行环轧制以形成环毛坯，(b)将预制齿部引入所述环毛坯中以形成预制齿环，其中，预制齿部具有第一齿高度的齿，(c)对所述预制齿环进行热处理以形成经过热处理的预制齿环，和(d)对所述经过热处理的预制齿环进行齿部精加工以形成具有齿部的环，其中，所述齿部的齿具有第二齿高度，所述第二齿高度大于所述第一齿高度。

Description

用于制造具有齿部的环的方法
技术领域
本发明涉及具有齿部的环的方法。
背景技术
这种具有齿部的环用作例如起重机、隧洞掘进机或风力发电装置的大型传动装置和大型滚柱轴承的部件。
在这种环的制造期间，通常首先通过环轧制方法形成无缝环毛坯。环毛坯作为单个工件被热处理，以改善材料的强度性质。在通过加热、淬火和回火进行热处理之后，通常通过金属切割工艺引入齿部。
具有齿部的环的这种制造方法已经工作得非常良好。然而，已经发现在制造齿具有明显齿高的具有齿部的环的情况下，这种方法可能导致与齿尖相比齿基区域的机械性质产生较大的偏差。具体地，齿基区域的强度可能明显降低。
发明内容
本发明提出的要解决的问题是提高齿基区域的强度。
为了解决该问题，提出用于制造具有齿部的环的方法，该方法包括以下方法步骤：
(a)对预制环环轧制以形成环毛坯，
(b)对所述环毛坯进行预制齿加工以形成预制齿环，其中，预制齿部的齿具有第一齿高度，
(c)对所述预制齿环进行加热、淬火和回火以形成经过热处理的预制齿环，和
(d)对所述经过热处理的预制齿环进行齿部精加工以形成具有齿部的环，其中，所述齿部的齿具有第二齿高度，所述第二齿高度大于所述第一齿高度。
根据本发明，在加热、淬火和回火之前，将预制齿部引入环毛坯，该预制齿部具有与正在制造的环的标称齿高度相比减小的第一齿高度。以该方式，与没有预制齿加工的情形相比，形成成品环中的齿基的区域位于距表面更短的距离处。距表面的减小的距离在齿基的区域中产生增加的热处理效果。此外，由于引入预制齿加工，所以表面总体增大，使得在加热、淬火和回火期间提供更大的热交换表面。由于这两个效果，所以在齿基的区域中存在显著提高的强度。
根据一个有益的实施例，设置为通过金属加工工艺完成引入预制齿加工和/或齿部精加工。例如，铣削方法可以用于预制齿加工或齿部精加工。
基本上，根据本发明的方法可以用于任何给定齿高度的环的制造。然而，已经证明第二齿高度在50mm到125mm的范围中是有利的。优选地，第二齿高度在55mm到110mm的范围中、特别优选地在65mm到100mm的范围中。利用在这些范围中的一个范围中的齿高度，根据本发明的方法在齿的尖端到基部的区域中产生均匀的强度分布。
此外，优选地，第一齿高度是第二齿高度的50％到95％、优选地70％到90％、特别优选地75％到85％。由预制齿加工产生的齿高度的这种选择确保在预制齿加工之后的热处理期间齿基区域中的增加的热处理效果。
该方法的一个有益实施例需要在加热、淬火和回火中对预制齿环整体进行加热，使得在预制齿环的整个材料被加热，这与感应硬化的情形不同。这具有以下优势，加热效果施加到预制齿环的最大的可能部分。因此，加热、淬火和回火效果也能够在材料的最大的可能部分中进行。可以在熔炉、连续退火装置或罩式退火装置完成预制齿环的加热。优选地，预制齿环被加热到大于或等于850℃、优选地大于或等于860℃、特别优选地大于或等于870℃的温度。
在本文中，已经证明在加热之后对预制齿环整体进行淬火是特别有利的，使得预制齿环整体硬化。例如，可以通过将预制齿环放置在淬火浴中(特别是由水、油或聚合物淬火剂构成的淬火浴中)完成预制齿环的整体淬火。
优选地，在淬火之后对预制齿环进行回火，特别是在大于或等于550℃、优选地大于或等于570℃、优选地大于或等于580℃的温度下进行回火。
齿部可以形成为位于环的外周上的外齿部或者形成为位于环的内周上的内齿部。
优选地，齿部形成为在环的整个外周上和/或在环的整个内周上延伸的完整齿部。因此，环能够以齿轮或齿环的方式形成。
另外的优选实施例需要齿部形成为部分地围绕环的外周的部分齿部和/或部分地围绕环的内周的部分齿部。优选地，在外周上的部分齿部在外周的第一角度区域上延伸，而外周的第二角度区域设置为没有在这里形成的齿部。优选地，在内周上的部分齿部在内周的第一角度区域上延伸，而内周的第二角度区域设置为没有在这里形成的齿部。
此外，有益的是，环具有在250mm到8000mm范围中、优选地在1800mm到7000mm的范围中、特别优选地在2300mm到6000mm的范围中的直径。具有这样直径的环可以用作起重机、隧洞掘进机或风力发电装置的大型传动装置和大型滚柱轴承的部件。
根据该方法的优选实施例，在齿部精加工之后对具有齿部的环在特定区域中进行硬化，使得环的强度在特定区域中进一步增加。例如，通过感应硬化方法以及可选的之后通过喷涂装置的淬火完成在特定区域中的硬化。特别优选地，环在不包括齿部的区域中进行硬化。例如，可以对环的与齿部相反的一侧进行硬化。或者，可以设置为环的齿部至少在特定区域中被硬化。
从附图和结合附图的优选实施例的以下描述中示出本发明的其他细节、特征和优势。附图仅仅示出本发明的示例性实施例，并非限制本发明的构思。
附图说明
图1示出根据本发明的制造方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出用于制造具有齿部的无缝轧制环的根据本发明的方法的流程图。该齿部可以形成为设置在环的外周上的外齿部或者形成为在环的内周上的内齿部。可以将齿部构造为绕着环的整个外周和/或内周延伸的完整齿部或者构造为在外周和/或内周的仅仅一部分上延伸的部分齿部。无缝轧制环具有的直径在250mm到8000mm的范围中、优选地在1800mm到7000mm的范围中、特别优选地在2300mm到6000mm的范围中。具有这样直径的环可以用作起重机、隧洞掘进机或风力发电装置的大型传动装置和大型滚柱轴承的部件。
首先，在锯切步骤1，从棒材100、特别是棒状钢材中锯切各个棒状部段101。这些棒状部段101在加热步骤2中被加热并且在后面的镦粗步骤3中通过镦粗、具体地通过自由成形或锻压联合或锤击成形为盘状形式102。此后到达冲孔步骤4，在该步骤中在盘状形式102的中间处冲压以冲压出内环形孔。设置有内环形孔的盘状形式构成所谓的预制环103。
从预制环103开始，通过环轧制5进行环毛坯104的制造。为此，使用径向-轴向环轧机形式的环轧机。这种环轧机通常具有两个轧制间隙，在该轧制空隙中同时减小毛坯104的高度和毛坯104的壁厚。通过环轧制而制造的环毛坯104具有以下优势，形成通常针对轧制环的切向走向的纤维，从而在整个环周上产生各向同性的切向机械性质。
不同于图1中的示意图，环毛坯104可以额外地标准化。该标准化可以在大于或等于850℃、优选地大于或等于860℃、特别优选地大于或等于870℃下完成。而且，环毛坯104可以在另外的选择步骤中进行粗车削，以获得矩形环横截面。
根据本发明，环毛坯104进行预制齿加工步骤6。在该过程中，预制齿部被引入无缝轧制环毛坯104中，其中，预制齿部具有齿，该齿具有相对于精加工齿部的标称齿高度减小的第一齿高度。该预制齿部通过金属加工工艺(例如通过铣削、特别是通过滚铣)完成。由于预制齿加工6，所以由环毛坯形成预制齿环105。
在预制齿加工6之后立即通过加热、淬火和回火对预制齿环105整体进行热处理。在加热、淬火和回火步骤7的过程中，首先将预制齿环105整体加热到大于或等于850℃、优选地大于或等于860℃、特别优选地大于或等于870℃的范围中的温度。例如，通过熔炉、连续退火装置或罩式退火装置完成加热7.1。在加热7.1之后，例如通过将预制齿环整体放置在淬火浴中(特别是由水、油或聚合物淬火剂构成的淬火浴中)直接对预制齿环整体进行淬火。在该过程中，预制齿环整体硬化。在淬火7.2之后来到回火步骤7.3，其中，预制齿环在淬火7.2之后在大于或等于550℃、优选地大于或等于570℃、特别优选地大于或等于580℃的温度下进行回火。回火7.3使得预制齿环105的加热、淬火和回火步骤7完成。
经过热处理的预制齿环106现在通过金属加工工艺进行齿部精加工。在该过程中，齿部的齿高度增加使得在齿部精加工步骤8中形成的第二齿高度大于通过预制齿加工获得的第一齿高度。可选地，环的内周可以通过车床车削工艺进一步增大。
之后，精加工齿环107在特定区域中进行硬化，使得环的强度在特定区域中进一步增加。通过感应硬化方法以及之后利用喷涂装置进行淬火完成在特定区域中的硬化9。优选地，在环107的没有齿部的那些区域中进行硬化。在外齿部的情形下，例如，环107的内轮廓可以进行硬化。在具有内齿部的环107的情形下，可以在环107的外周上进行特定区域中的硬化。
在上述描述的用于制造具有齿部的环108的方法中，实施以下步骤：
(a)对预制环103进行环轧制5以形成环毛坯104，
(b)将预制齿部引入环毛坯104中以形成预制齿环105，其中，预制齿部的齿具有第一齿高度，
(c)对预制齿环105进行加热、淬火和回火7以形成经过热处理的预制齿环106，和
(d)对经过热处理的预制齿环106进行齿部精加工8以形成具有齿部的环，其中，该齿部的齿具有第二齿高度，第二齿高度大于第一齿高度。以该方式，可以实现提高在齿基的区域中的强度。
附图标记列表
1 锯切
2 加热
3 镦粗
4 冲孔
5 环轧制
6 预制齿加工
7 加热、淬火和回火
7.1 加热
7.2 淬火
7.3 回火
8 齿部精加工
9 硬化
100 棒材
101 棒状部段
102 盘状形式
103 预制环
104 环毛坯
105 预制齿环
106 经过热处理的预制齿环
107 精加工齿环
108 硬化环

Claims (12)

1.一种用于制造具有齿部的环的方法，所述方法包括以下方法步骤：
(a)对预制环(103)进行环轧制(5)以形成环毛坯(104)，
(b)对所述环毛坯(104)进行预制齿加工(6)以形成预制齿环(105)，其中，预制齿部的齿具有第一齿高度，
(c)对所述预制齿环(105)加热、淬火和回火(7)以形成经过热处理的预制齿环(106)，和
(d)对所述经过热处理的预制齿环(106)进行齿部精加工(8)以形成具有齿部的环，其中，所述齿部的齿具有第二齿高度，所述第二齿高度大于所述第一齿高度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过金属加工工艺完成所述预制齿加工(6)和/或所述齿部精加工(8)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二齿高度在50mm到125mm的范围中、优选地在55mm到110mm的范围中、特别优选地在65mm到100mm的范围中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一齿高度是所述第二齿高度的50％到95％、优选地70％到90％、特别优选地75％到85％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述加热、淬火和回火(7)中对所述预制齿环(105)整体进行加热，特别是加热到大于850℃的温度，具体为加热到870℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述加热(7.1)之后对所述预制齿环(105)整体进行淬火，特别是通过将所述预制齿环(105)放置在淬火浴中进行淬火。
7.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述淬火(7.2)之后对所述预制齿环(105)进行回火，特别是在大于550℃、优选地大于570℃、具体在580℃的温度下进行回火。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述齿部形成为位于所述环的外周上的外齿部或者形成为位于所述环的内周上的内齿部。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述齿部形成为在所述环的整个所述外周上和/或在所述环的整个所述内周上延伸的完整齿部。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述齿部形成为部分地围绕所述环的所述外周的部分齿部和/或部分地围绕所述环的所述内周的部分齿部。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述环具有在250mm到8000mm范围中、优选地在1800mm到7000mm的范围中、特别优选地在2300mm到6000mm的范围中的直径。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述齿部精加工(8)之后对所述具有齿部的环在特定区域中进行硬化，具体通过感应硬化方法进行硬化。
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