CN108971910A - 一种端面齿的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种端面齿的加工工艺，包括以下加工步骤：步骤1，备料；步骤2，锻造；步骤3，热处理；步骤4，车削一；步骤5，齿部粗加工；步骤6，钻孔及螺孔加工；步骤7，高频热处理；步骤8，渗碳热处理；步骤9，车削二；步骤10，研磨；步骤11，修平打磨；步骤12，检验及测量；步骤13，清洗；步骤14，油脂及包装。本发明针对现有端面齿加工工艺加工的端面齿硬度低、耐磨性差、容易生锈、表面平整度低、工作时容易产生噪声、使用寿命低等问题进行改进，本发明具有增加端面齿的硬度、提高端面齿的耐磨性、提高端面齿的抗腐蚀性、提高端面齿表面平整度、减少端面齿工作中产生的噪声、增加端面齿的使用寿命等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种端面齿的加工工艺。
背景技术
传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，在机械运转中，传动轴起着至关重要的作用，传动轴的一种传递动力的方式是通过端面齿传递，端面齿能连续啮合传递动力，端面齿的耐磨性、表面硬度、抗疲劳性的要求都很高，传动轴传递动力的效果很大程度上取决于端面齿的好坏，而端面齿的好坏取决于端面齿的加工工艺，传统的端面齿加工工艺中的热处理工序比较单一，端面齿的硬度往往达不到要求，耐磨性差，端面齿在经过热处理后会产生物理变形，传统的端面齿加工工艺中对热处理后端面齿的变形部分通过研磨来消除，研磨工作量大，生产效率低，传统的端面齿生产工艺中对端面齿的平面、内外径和齿部分别进行研磨，研磨后还会产生新的毛边，影响端面齿的平面平整度，端面齿在运转过程中容易产生噪声，传统的端面齿加工工艺中，端面齿的防锈不够充分，端面齿容易生锈，抗腐蚀性差，影响其使用寿命，针对以上技术问题，本发明公开了一种端面齿的加工工艺，本发明具有增加端面齿的硬度、提高端面齿的耐磨性、提高端面齿的抗腐蚀性、提高端面齿表面平整度、减少端面齿工作中产生的噪声、增加端面齿的使用寿命等优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种端面齿的加工工艺，以解决现有端面齿加工工艺加工的端面齿硬度低、耐磨性差、容易生锈、表面平整度低、工作时容易产生噪声、使用寿命低等技术问题，本发明具有增加端面齿的硬度、提高端面齿的耐磨性、提高端面齿的抗腐蚀性、提高端面齿表面平整度、减少端面齿工作中产生的噪声、增加端面齿的使用寿命等优点。
本发明通过以下技术方案实现：本发明公开了一种端面齿的加工工艺，包括以下步骤：
步骤1：备料，准备加工端面齿的材料；
步骤2：锻造，对材料进行锻造，获得锻造件；
步骤3：热处理，将锻造件放在加热炉中加热，保温30-45min后进行喷水冷却，获得热处理件；
步骤4：车削一，将热处理件放在车削中心，车削加工热处理件的外圆、端面、腹板面和内孔，获得第一车削件；
步骤5：齿部粗加工，对第一车削件的齿部进行加工，获得齿坯；
步骤6：钻孔及螺孔加工，将齿坯定位安装在铣床上进行钻孔及螺孔加工，获得钻孔件；
步骤7：高频热处理，将钻孔件放到感应器内，通入交流电，加热后进行喷水冷却，获得高频热处理件；
步骤8：渗碳热处理，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至800-950℃，再冷却至820-850℃后保温，获得渗碳热处理件；
步骤9：车削二，将渗碳热处理件定位安装在车削中心,对渗碳热处理件变形的部分进行车削加工，获得第二车削件；
步骤10：研磨，对第二车削件的平面、内外径和齿面进行研磨加工，获得研磨件；
步骤11：修平打磨，对研磨件的表面进行修理打磨，获得端面齿；
步骤12：检验及测量，对端面齿进行检验和尺寸的测量，获得端面齿合格件；
步骤13：清洗，对端面齿合格件进行清洗去除其表面的油污和杂物；
步骤14：油脂及包装，将清洗后的端面齿合格件表面涂上油脂层后进行包装。
进一步的，为了更好的消除步骤2中产生的锻造应力，步骤3中，将锻造件放在加热炉中加热至770-960℃。
进一步的，为了对经过车削一工序获得的第一车削件进行齿部加工，步骤5中，对第一车削件的齿部进行加工是将第一车削件定位安装在立式加工中心中，对第一车削件的齿部进行滚切加工；或者将第一车削件定位安装在立式加工中心中，对第一车削件的齿部进行切削加工。
进一步的，为了在短时间内迅速对钻孔件的表面进行加热，保证钻孔件的表面硬度，步骤7中，在感应器内通入交流电的频率为160-450KHZ的高频交流电。
进一步的，为了防止加热时间过久，加热的深度过深，步骤7中，在感应器内通入频率为160-450KHZ的高频交流电后加热3-6秒后立即进行喷水冷却。
进一步的，为了提高加热效果，保证端面齿的硬度，步骤8中，将高频热处理件放到渗碳炉内加热至800-950℃后保持6-9个小时，再冷却至820-850℃后保温40-46min。
进一步的，为了保证端面齿的硬度达到标准要求，步骤8中，经过渗碳热处理后的渗碳热处理件的硬度为55-63HRC。
进一步的，为了提高端面齿的抗腐蚀性，防止端面齿因腐蚀生锈而影响其传动效果和使用寿命，步骤14中，油脂层的厚度为0.15-0.3mm。
本发明具有以下优点：1)本发明通过进行多次热处理，提高了端面齿的硬度，同时也提高了端面齿的耐磨性；2)本发明通过在渗碳热处理后进行车削二工序，车削掉钻孔件在通过高频热处理和渗碳热处理后发生的物理形变，减少了后续的研磨工作量，提高了生产效率；3)本发明通过在对研磨件进行修平打磨，消除了在对第二车削件的平面、内外径和齿面进行研磨加工时产生的新的毛边，提高了端面齿的平面平整度，减少了端面齿工作时产生的噪声；4)本发明通过在端面齿合格件表面喷涂一层0.15-0.3mm的油脂层，提高了端面齿的抗腐蚀性，增加了端面齿的使用寿命。
附图说明
图1为本发明端面齿的加工工艺流程图；
图2为X形端面齿结构示意图；
图3为V形端面齿结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
实施例1公开了一种端面齿的加工工艺，如图1所示，包括以下步骤：
步骤101：备料，准备加工端面齿的材料；
步骤102：锻造，对材料进行锻造，获得锻造件；
步骤103：热处理，将锻造件放在加热炉中加热至770，保温30min后进行喷水冷却，获得热处理件,经过热处理后的热处理件的硬度为20HRC，通过热处理去除了步骤2中产生的锻造应力，同时热处理件的硬度降低了，塑性得到了提高，方便后续车削一加工；
步骤104：车削一，将热处理件放在车削中心，车削加工所述热处理件的外圆、端面、腹板面和内孔，获得第一车削件；
步骤105：齿部粗加工，将所述第一车削件定位安装在立式加工中心中，对所述第一车削件的齿部进行加工，获得齿坯；
步骤106：钻孔及螺孔加工，将齿坯定位安装在铣床上进行钻孔及螺孔加工，获得钻孔件；
步骤107：高频热处理，将钻孔件放到感应器内，通入频率为160KHZ的高频交流电，加热3s后进行喷水冷却，获得高频热处理件，高频热处理可以提高钻孔件的表面硬度，高频热处理使钻孔件的表面温度迅速上升，而内部的温度升高很小，钻孔件表面的加热深度即淬硬层的厚度为0.6mm，淬硬层的硬度为50HRC；
步骤108：渗碳热处理，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至800℃，保持6个小时，再冷却至820℃后保温40min，获得渗碳热处理件，渗碳热处理件的硬度为55HRC，端面齿的硬度得到了提升，同时耐磨性也得到了提升；
步骤109：车削二，将渗碳热处理件定位安装在车削中心,对渗碳热处理件变形的部分进行车削加工，获得第二车削件；
步骤110：研磨，对第二车削件的平面、内外径和齿面进行研磨加工，获得研磨件；
步骤111：修平打磨，对研磨件的表面进行修理打磨，获得端面齿；
步骤112：检验及测量，对端面齿进行检验和尺寸的测量，获得端面齿合格件；
步骤113：清洗，对端面齿合格件进行清洗去除其表面的油污和杂物；
步骤114：油脂及包装，将清洗后的端面齿合格件表面涂上厚度为0.15mm的油脂层后进行包装。
本实施例中，步骤103中，将锻造件放在加热炉中加热至770℃，保温30min后进行喷水冷却；步骤105中的齿部粗加工的操作是将第一车削件定位安装在立式加工中心中，对第一车削件的齿部进行滚切加工；步骤107中，将钻孔件放到感应器内，通入频率为160KHZ的高频交流电，加热3s后进行喷水冷却；步骤108中，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至800℃，保持6个小时，再冷却至820℃后保温40min；步骤114中的油脂层的厚度为0.15mm。最终加工的端面齿合格件的齿面硬度为55HRC，端面齿的抗腐蚀性和耐磨性均得到了提升，如图2-3所示，图2显示的为X形端面齿(凸齿)结构示意图，图3显示的为V形端面齿(凹齿)结构示意图。
实施例2
实施例2公开了一种端面齿的加工工艺，包括以下步骤：
步骤101：备料，准备加工端面齿的材料；
步骤102：锻造，对材料进行锻造，获得锻造件；
步骤103：热处理，将锻造件放在加热炉中加热至800℃，保温35min后进行喷水冷却，获得热处理件,经过热处理后的热处理件的硬度为22HRC，通过热处理去除了步骤2中产生的锻造应力，同时热处理件的硬度降低了，塑性得到了提高，方便后续车削一加工；
步骤104：车削一，将热处理件放在车削中心，车削加工所述热处理件的外圆、端面、腹板面和内孔，获得第一车削件；
步骤105：齿部粗加工，将所述第一车削件定位安装在立式加工中心中，对所述第一车削件的齿部进行滚切加工，获得齿坯；
步骤106：钻孔及螺孔加工，将齿坯定位安装在铣床上进行钻孔及螺孔加工，获得钻孔件；
步骤107：高频热处理，将钻孔件放到感应器内，通入频率为260KHZ的高频交流电，加热4s后进行喷水冷却，获得高频热处理件，高频热处理可以提高钻孔件的表面硬度，高频热处理使钻孔件的表面温度迅速上升，而内部的温度升高很小，钻孔件表面的加热深度即淬硬层的厚度为1.0mm，淬硬层的硬度为52HRC；
步骤108：渗碳热处理，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至850℃，保持7个小时，再冷却至830℃后保温42min，获得渗碳热处理件，渗碳热处理件的硬度为57HRC，端面齿的硬度得到了提升，同时耐磨性也得到了提升；
步骤109：车削二，将渗碳热处理件定位安装在车削中心,对渗碳热处理件变形的部分进行车削加工，获得第二车削件；
步骤110：研磨，对第二车削件的平面、内外径和齿面进行研磨加工，获得研磨件；
步骤111：修平打磨，对研磨件的表面进行修理打磨，获得端面齿；
步骤112：检验及测量，对端面齿进行检验和尺寸的测量，获得端面齿合格件；
步骤113：清洗，对端面齿合格件进行清洗去除其表面的油污和杂物；
步骤114：油脂及包装，将清洗后的端面齿合格件表面涂上厚度为0.15mm的油脂层后进行包装。
本实施例中，步骤103中，将锻造件放在加热炉中加热至800℃，保温35min进行喷水冷却；步骤105中的齿部粗加工的操作是将第一车削件定位安装在立式加工中心中，对第一车削件的齿部进行滚切加工；步骤107中，将钻孔件放到感应器内，通入频率为260KHZ的高频交流电，加热4s后进行喷水冷却；步骤108中，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至850℃，保持7个小时，再冷却至830℃后保温42min；步骤114中的油脂层的厚度为0.15mm。最终加工的端面齿合格件的齿面硬度为57HRC，端面齿的抗腐蚀性和耐磨性均得到了提升。
实施例3
实施例3公开了一种端面齿的加工工艺，包括以下步骤：
步骤101：备料，准备加工端面齿的材料；
步骤102：锻造，对材料进行锻造，获得锻造件；
步骤103：热处理，将锻造件放在加热炉中加热至870℃，保温40min后进行喷水冷却，获得热处理件,经过热处理后的热处理件的硬度为24HRC，通过热处理去除了步骤2中产生的锻造应力，同时热处理件的硬度降低了，塑性得到了提高，方便后续车削一加工；
步骤104：车削一，将热处理件放在车削中心，车削加工所述热处理件的外圆、端面、腹板面和内孔，获得第一车削件；
步骤105：齿部粗加工，将所述第一车削件定位安装在立式加工中心中，对所述第一车削件的齿部进行切削加工，获得齿坯；
步骤106：钻孔及螺孔加工，将齿坯定位安装在铣床上进行钻孔及螺孔加工，获得钻孔件；
步骤107：高频热处理，将钻孔件放到感应器内，通入频率为370KHZ的高频交流电，加热5s后进行喷水冷却，获得高频热处理件，高频热处理可以提高钻孔件的表面硬度，高频热处理使钻孔件的表面温度迅速上升，而内部的温度升高很小，钻孔件表面的加热深度即淬硬层的厚度为1.8mm，淬硬层的硬度为54HRC；
步骤108：渗碳热处理，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至920℃，保持8个小时，再冷却至840℃后保温44min，获得渗碳热处理件，渗碳热处理件的硬度为60HRC，端面齿的硬度得到了提升，同时耐磨性也得到了提升；
步骤109：车削二，将渗碳热处理件定位安装在车削中心,对渗碳热处理件变形的部分进行车削加工，获得第二车削件；
步骤110：研磨，对第二车削件的平面、内外径和齿面进行研磨加工，获得研磨件；
步骤111：修平打磨，对研磨件的表面进行修理打磨，获得端面齿；
步骤112：检验及测量，对端面齿进行检验和尺寸的测量，获得端面齿合格件；
步骤113：清洗，对端面齿合格件进行清洗去除其表面的油污和杂物；
步骤114：油脂及包装，将清洗后的端面齿合格件表面涂上厚度为0.3mm的油脂层后进行包装。
本实施例中，步骤103中，将锻造件放在加热炉中加热至870℃，保温40min进行喷水冷却；步骤105中的齿部粗加工的操作是将第一车削件定位安装在立式加工中心中，对第一车削件的齿部进行切削加工；步骤107中，将钻孔件放到感应器内，通入频率为370KHZ的高频交流电，加热5s后进行喷水冷却；步骤108中，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至920℃，保持8个小时，再冷却至840℃后保温44min；步骤114中的油脂层的厚度为0.3mm。最终加工的端面齿合格件的齿面硬度为60HRC，端面齿的抗腐蚀性和耐磨性均得到了提升。
实施例4
实施例4公开了一种端面齿的加工工艺，包括以下步骤：
步骤101：备料，准备加工端面齿的材料；
步骤102：锻造，对材料进行锻造，获得锻造件；
步骤103：热处理，将锻造件放在加热炉中加热至960℃，保温45min后进行喷水冷却，获得热处理件,经过热处理后的热处理件的硬度为26HRC，通过热处理去除了步骤2中产生的锻造应力，同时热处理件的硬度降低了，塑性得到了提高，方便后续车削一加工；
步骤104：车削一，将热处理件放在车削中心，车削加工所述热处理件的外圆、端面、腹板面和内孔，获得第一车削件；
步骤105：齿部粗加工，将所述第一车削件定位安装在立式加工中心中，对所述第一车削件的齿部进行切削加工，获得齿坯；
步骤106：钻孔及螺孔加工，将齿坯定位安装在铣床上进行钻孔及螺孔加工，获得钻孔件；
步骤107：高频热处理，将钻孔件放到感应器内，通入频率为450KHZ的高频交流电，加热6后进行喷水冷却，获得高频热处理件，高频热处理可以提高钻孔件的表面硬度，高频热处理使钻孔件的表面温度迅速上升，而内部的温度升高很小，钻孔件表面的加热深度即淬硬层的厚度为2.4mm，淬硬层的硬度为56HRC；
步骤108：渗碳热处理，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至950℃，保持9个小时，再冷却至850℃后保温46min，获得渗碳热处理件，渗碳热处理件的硬度为63HRC，端面齿的硬度得到了提升，同时耐磨性也得到了提升；
步骤109：车削二，将渗碳热处理件定位安装在车削中心,对渗碳热处理件变形的部分进行车削加工，获得第二车削件；
步骤110：研磨，对第二车削件的平面、内外径和齿面进行研磨加工，获得研磨件；
步骤111：修平打磨，对研磨件的表面进行修理打磨，获得端面齿；
步骤112：检验及测量，对端面齿进行检验和尺寸的测量，获得端面齿合格件；
步骤113：清洗，对端面齿合格件进行清洗去除其表面的油污和杂物；
步骤114：油脂及包装，将清洗后的端面齿合格件表面涂上厚度为0.3mm的油脂层后进行包装。
本实施例中，步骤103中，将锻造件放在加热炉中加热至960℃，保温45min进行喷水冷却；步骤105中的齿部粗加工的操作是将第一车削件定位安装在立式加工中心中，对第一车削件的齿部进行切削加工；步骤107中，将钻孔件放到感应器内，通入频率为450KHZ的高频交流电，加热6s后进行喷水冷却；步骤108中，将高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至950℃，保持9个小时，再冷却至850℃后保温46min；步骤114中的油脂层的厚度为0.3mm。最终加工的端面齿合格件的齿面硬度为63HRC，端面齿的抗腐蚀性和耐磨性均得到了提升。
本发明与传统端面齿加工工艺相比端面齿的对比数据如表1所示：
表1为本发明与传统端面齿加工工艺相比端面齿的对比数据
通过实验测得的数据如表1所示，其中，渗碳层深度通过金相法测得，金相法是以渗碳层的组织组成物及其百分含量为依据近似测定渗碳层深度，包括以下步骤：制备金相试样(包括取样，打磨，抛光，浸蚀)-观察-测量-计算；齿面硬度通过采用天星端面齿硬度计来测量，硬度计采用120°金刚石压头，86.5kg压力来测量，利用HRC：HB86.5＝2:1的关系直接显示HRC硬度值；通过让待测端面齿在同样的条件下运转40h后测量端面齿的磨损量来比较端面齿的耐磨性；通过将待测端面齿放在3.0％Nacl溶液中浸泡72h后测量端面齿的腐蚀失重来比较端面齿的抗腐蚀性。
通过表1的数据计算可得本发明与传统工艺加工的端面齿相比：最小渗碳层深度比为0.2/0.15≈1.3；最大渗碳层深度比为0.36/0.15＝2.4；最小齿面硬度比为55/50＝1.1；最大齿面硬度比为63/50＝1.26；最小磨损量比为258.9/108.6≈2.4；最大磨损量比为258.9/88.3≈3.0；最小腐蚀失重比为30.6/15.7≈2.0；最大腐蚀失重比为30.6/8.2≈3.7。
通过计算结果可得，本发明加工的端面齿的渗碳层深度是传统工艺加工的端面齿的渗碳层深度的1.3-2.4倍；本发明加工的端面齿的齿面硬度是传统工艺加工的端面齿的齿面硬度的1.1-1.26倍；传统工艺加工的端面轮的磨损量是本发明加工的端面齿的磨损量的2.4-3.0倍，因为在相同条件下，磨损量越小，耐磨性越高，因此本发明加工的端面齿的耐磨性是传统工艺加工的端面齿的耐磨性的2.4-3.0倍；传统工艺加工的端面齿的腐蚀失重是本发明加工的端面齿的腐蚀失重的2.0-3.7倍，因为在相同条件下，腐蚀失重越小，抗腐蚀性越强，因此本发明加工的端面齿的抗腐蚀能力是传统工艺加工的端面齿的抗腐蚀能力的2.0-3.7倍。
Claims (10)
1.一种端面齿的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：备料，准备加工端面齿的材料；
步骤2：锻造，对所述材料进行锻造，获得锻造件；
步骤3：热处理，将所述锻造件放在加热炉中加热，保温30-45min后进行喷水冷却，获得热处理件；
步骤4：车削一，将所述热处理件放在车削中心，车削加工所述热处理件的外圆、端面、腹板面和内孔，获得第一车削件；
步骤5：齿部粗加工，对所述第一车削件的齿部进行加工，获得齿坯；
步骤6：钻孔及螺孔加工，将所述齿坯定位安装在铣床上进行钻孔及螺孔加工，获得钻孔件；
步骤7：高频热处理，将所述钻孔件放到感应器内，通入交流电，加热后进行喷水冷却，获得高频热处理件；
步骤8：渗碳热处理，将所述高频热处理件放到渗碳炉内，先加热至800-950℃，再冷却至820-850℃后保温，获得渗碳热处理件；
步骤9：车削二，将所述渗碳热处理件定位安装在所述车削中心,对所述渗碳热处理件变形的部分进行车削加工，获得第二车削件；
步骤10：研磨，对所述第二车削件的平面、内外径和齿面进行研磨加工，获得研磨件；
步骤11：修平打磨，对所述研磨件的表面进行修理打磨，获得端面齿；
步骤12：检验及测量，对所述端面齿进行检验和尺寸的测量，获得端面齿合格件；
步骤13：清洗，对所述端面齿合格件进行清洗去除其表面的油污和杂物；
步骤14：油脂及包装，将清洗后的所述端面齿合格件表面涂上油脂层后进行包装。
2.如权利要求1所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤3中，将所述锻造件放在加热炉中加热至770-960℃。
3.如权利要求1所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤5中，对所述第一车削件的齿部进行加工是将所述第一车削件定位安装在立式加工中心中，对所述第一车削件的齿部进行滚切加工。
4.如权利要求1所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤5中，对所述第一车削件的齿部进行加工是将所述第一车削件定位安装在立式加工中心中，对所述第一车削件的齿部进行切削加工。
5.如权利要求1所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤7中，在所述感应器内通入交流电的频率为160-450KHZ的高频交流电。
6.如权利要求5所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤7中，在所述感应器内通入频率为160-450KHZ的高频交流电后加热3-6秒后进行喷水冷却。
7.如权利要求1所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤8中，将所述高频热处理件放到渗碳炉内加热至800-950℃后保持6-9个小时。
8.如权利要求7所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤8中，将所述高频热处理件放到渗碳炉内加热至800-950℃后保持6-9个小时，再冷却至820-850℃后保温40-46min。
9.如权利要求1所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤8中，所述渗碳热处理件的硬度为55-63HRC。
10.如权利要求1所述的端面齿的加工工艺，其特征在于，所述步骤14中，所述油脂层的厚度为0.15-0.3mm。
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