CN108994554A - 一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法 - Google Patents

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杨美花
尹建华
莫竞芳
肖玉斌
贺志军
刘克
谢国政
吴昌硕
毕丹
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明提供一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法，包括如下加工步骤：低碳合金钢齿坯经过锻造、正火处理后，进行基准和预挖齿根的粗制齿加工，经阶梯升温渗碳和模具矫正淬火处理，控制齿圈热处理变形，齿面硬度≥58HRC，精准制造磨齿基准，通过压紧点、压紧力及磨削方法的控制进行磨齿加工得到高硬度、高精度齿面齿圈，本方法加工的齿圈传动平稳可靠以及使用寿命长，产品精度达到5级。

Description

一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法
技术领域
本发明涉及一种齿轮齿圈加工技术领域，具体涉及一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法及制备方法。
背景技术
随着工程车辆传动装置高功率密度化要求越来越高，一般的插齿、磨齿或（插齿+氮化）加工方法均只能达到较低硬度和精度要求，高精度、高硬度、超薄齿圈加工过程中的变形控制和实现高精度成了企业生产的最大瓶颈。
发明内容
本发明的目的是通过渗碳淬火热处理变形控制、装夹变形控制和磨削方法控制，提供一种高硬高精齿面的低碳合金钢齿圈加工方法。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法，该方法适用于直径大于200mm,径厚比不大于27：1，模数M为3-5的齿圈。
一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：低碳合金钢齿坯经过锻造、正火处理后，进行粗车、半精车内外圆及端面，用记号笔对与内孔一次装夹加工的端面作标记；接着以标记面为基面反复磨两端面，采用轴向受力装夹方式将齿坯内齿进行预挖齿根粗插齿出齿形；公法线长度上留余量(0.4-0.6)mm；
步骤2：对初制齿的齿圈进行四阶梯升温渗碳技术对已粗开内齿的齿坯进行渗碳热处理，模具矫正淬火技术进行淬火和高温回火，最后进行喷丸处理，控制了热处理变形量；
步骤3：磨齿前基准制造，在高精度内圆磨床上进行内孔及端面一次装夹磨削，再在平面磨床上磨削另一端面，控制夹紧力、内孔与端面的垂直度、端面平面度；
步骤4：磨齿、粗磨：以磨削面为基面，找正内孔均化余量，压紧，控制粗磨压紧力、 压紧点，连续磨削，公法线留余量(0.4-0.6)mm；
步骤5：半精磨，粗磨后松夹时效，重新找正装夹压紧，控制压紧力、压紧点，非连续对称磨削，留余量；
步骤6：精磨，半精磨后进行在线检测，分析齿形齿向检测数据，精磨至图纸公法线长度偏上偏差后，再次进行在线检测，分析齿形齿向检测数据，对偏出点进行微量修正，齿部精度达到了5级。
优选的，所述的步骤2）中，齿面硬度要求为≥58HRC。
优选的，所述步骤3）中，高精度内圆磨床采用MGD2120型号；平面磨床采用M74100B型号。
本发明的有益效果是：
1、采用本方法加工出来的齿圈齿面硬度高，可达≥58HRC；精度高，可稳定达到5级；组合形成的结构传动平稳可靠以及使用寿命长。
2、对初制齿的齿圈进行四阶梯升温渗碳和模具矫正淬火处理，控制零件变形量。渗碳层的均匀性、温度的均匀性、冷却介质温度的均匀性等都会影响到齿圈变形。阶梯升温渗碳技术即在工件刚性增强达一定值后，进一步采用渗碳前预处理组织，控制升温速度以避免零件内外部位温差过大和组织转变的不同时而产生大的应力，影响前期加热变形。采用大径厚比薄壁件模具矫正淬火技术进行淬火处理，即将模具和齿圈一起冷却，使齿圈在冷却过程中通过模具得到强制矫正，而随后的长时间回火处理消除了淬火冷却时产生的应力，稳定了零件尺寸，防止了变形的反弹，控制零件变形量,齿面硬度≥58HRC。该淬火方法操作简单，实现了高效率的生产。模具矫正淬火的应用提高了内齿圈的热处理质量，同时也为其它大型圈类零件的淬火提供了借鉴。
3、通过本发明的磨削技术和微量修正技术进行磨齿，齿圈齿部精度稳定达到5级，产品质量得到大幅提升；且该薄壁内齿圈加工方法能够使得加工后的薄壁齿圈变形小、精度高、效率高。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
以下是具体实施例
实施例1
一种材质为20Cr2Ni4A，直径φ373，内齿模数为4，齿数85，压力角20°，变位系数0.5594，齿面硬度≥59HRC,精度为5-JM-GB/T10095-1988的齿圈加工方法。
步骤1：选用低碳合金钢20Cr2Ni4A齿坯，经过锻造、正火处理后，进行粗车、半精车内外圆及端面，用记号笔对与内孔一次装夹加工的端面作标记；接着以标记面为基面反复磨两端面；采用轴向受力装夹方式将齿坯内齿进行预挖齿根粗插齿出齿形，齿厚留出适量磨削余量。
步骤2：通过四阶梯升温渗碳技术对已粗开内齿的齿坯进行渗碳热处理，模具矫正淬火技术进行淬火和高温回火，最后进行喷丸处理，控制了热处理变形量，硬度≥58HRC。
步骤3：基准修正，在高精度内圆磨床MGD2120上进行内孔及端面一次装夹磨削，控制了夹紧力、内孔与端面的垂直度、端面平面度，再在平面磨床M74100B上磨削另一端面，保证两平面平行度。
步骤4：磨齿、粗磨，以内圆磨床上磨削的平面为基面，找正内孔，均化余量，压紧，控制粗磨压紧力、压紧点，连续磨削，公法线留余量。
步骤5：半精磨，粗磨后松夹时效，重新找正装夹压紧，控制压紧力压紧点，非连续对称磨削，留余量。
步骤6：精磨，半精磨后进行在线检测，分析齿形齿向检测数据，精磨至图纸公法线长度偏上偏差后，再次进行在线检测，分析齿形齿向检测数据，对偏出点进行微量修正，齿部精度稳定达到5级。
需要说明的是，在本文中，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、物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、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法，其特征在于，该方法适用于直径大于200mm,径厚比不大于27：1，模数M为3-5的齿圈。
2.如权利要求1所述的一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：低碳合金钢齿坯经过锻造、正火处理后，进行粗车、半精车内外圆及端面，用记号笔对与内孔一次装夹加工的端面作标记；接着以标记面为基面反复磨两端面，采用轴向受力装夹方式将齿坯内齿进行预挖齿根粗插齿出齿形；公法线长度上留余量(0.4-0.6)mm；
步骤2：对初制齿的齿圈进行四阶梯升温渗碳技术对已粗开内齿的齿坯进行渗碳热处理，模具矫正淬火技术进行淬火和高温回火，最后进行喷丸处理，控制了热处理变形量；
步骤3：磨齿前基准制造，在高精度内圆磨床上进行内孔及端面一次装夹磨削，再在平面磨床上磨削另一端面，控制夹紧力、内孔与端面的垂直度、端面平面度；
步骤4：磨齿、粗磨：以磨削面为基面，找正内孔均化余量，压紧，控制粗磨压紧力、 压紧点，连续磨削，公法线留余量；
步骤5：半精磨，粗磨后松夹时效，重新找正装夹压紧，控制压紧力、压紧点，非连续对称磨削，留余量；
步骤6：精磨，半精磨后进行在线检测，分析齿形齿向检测数据，精磨至图纸公法线长度偏上偏差后，再次进行在线检测，分析齿形齿向检测数据，对偏出点进行微量修正，齿部精度达到了5级。
3.根据权利要求1所述的一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法，其特征在于，所述的步骤2）中，齿面硬度要求为≥58HRC。
4.根据权利要求1所述的一种高硬高精度低碳合金钢齿圈加工方法，其特征在于，所述步骤3）中，高精度内圆磨床采用MGD2120型号；平面磨床采用M74100B型号。
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