CN109531061A - 一种高硬度螺杆生产工艺及螺纹滚压设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及螺杆加工技术领域，特别涉及一种高硬度螺杆生产工艺及螺纹滚压设备，利用该加工工艺生产的螺杆不仅有较高的硬度，同时工件本身的阻尼性能有所提升，使工件的应用范围得到扩展。其工艺要点包括S1：选料；S2：锻造，得到圆棒形钢材；S3：热处理，具体工艺依次包括退火，正火，首次淬火，中温回火，渗碳，二次淬火，低温回火；S4：铣端面；S5：钻中心孔；S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具中，并利用定位工装定位，进行螺纹滚压作业；S7：铣两端倒角，得到成品。
Description
技术领域
本发明属于螺杆加工技术领域，特别涉及一种高硬度螺杆生产工艺及螺纹滚压设备。
背景技术
螺杆是机械部件中的主要件和关键件，其工作环境常是高速、高压、高温下旋转，因此，需要螺杆有好的抗拉、抗弯、抗疲劳强度，不仅要硬度高耐磨还要韧性好，其广泛分布在汽车、冶金、机械、石油、电力、建材、船舶等各个行业，部分行业还要求螺杆有较好的阻尼减振降噪功能。行业中，长螺杆的加工一直是车削中比较棘手的问题。原因是细长的螺杆刚性差，在加工中极易变形，使加工出来的螺杆误差大，不易保证零件的加工质量。且在车削长螺杆中还存在装夹不当，很容易因切削力及重力的作用发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高硬度螺杆生产工艺及螺纹滚压设备，利用该加工工艺生产的螺杆不仅有较高的硬度，同时工件本身的阻尼性能有所提升，使工件的应用范围得到扩展。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高硬度螺杆生产工艺，包括以下步骤：
S1：选料；
S2：锻造，得到圆棒形钢材；
S3：热处理，具体工艺依次包括退火，正火，首次淬火，中温回火，渗碳，二次淬火，低温回火；
S4：铣端面；
S5：钻中心孔；
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具中，并利用定位工装定位，进行螺纹滚压作业；
S7：铣两端倒角，得到成品。
进一步的，步骤S3中退火温度为680-710℃。
进一步的，步骤S3中正火温度为740-780℃。
进一步的，步骤S3中首次淬火温度为760-780℃。
进一步的，步骤S3中渗碳液为煤油，且渗碳液中溶解有钼酸铵。
进一步的，步骤S3中二次淬火的过程包括淬火温度为760-800℃，在油中激冷至330-350℃，此过程循环3次。
进一步的，步骤S3中低温回火温度为150-180℃。
一种螺纹滚压设备，包括螺纹滚压模具，还包括定位工装，所述定位工装包括位于所述螺纹滚压模具下方的条形导轨，所述条形导轨顶部设有支撑板，所述条形导轨顶面，沿其轴向设有倒T型滑移槽，所述滑移槽内滑移设有支撑柱，贯穿所述条形导轨水平设有调整螺杆，所述调整螺杆与所述条形导轨螺纹连接，且所述调整螺杆的两端分别与立柱定位转动连接。
进一步的，所述定位工装还包括与所述条形导轨侧壁螺纹连接的定位螺杆，且每一所述定位螺杆分别贯穿并与定位柱螺纹连接
进一步的，所述支撑板与所述条形导轨可拆卸连接。
本发明的有益效果是：
1.本发明的螺杆加工工艺，在二次淬火时采用多次分级淬火的方式，实验结果证明反复加热、反复油冷的处理方法能够促进钢材料内奥氏体向马氏体的转换，提高钢材料的阻尼性能，从而提高钢材料的减振、降噪效应，扩大钢材料的应用范围及实际应用效果。
2.多次分级淬火的处理方式虽然能够提高钢材料的阻尼性能，但同时也增加了钢材料的热裂倾向，使偏析现象加重。而本发明中通过在渗碳液中加入钼酸铵，使得活性碳原子及Mo原子渗入钢材料内，Mo元素能够减少合金在有效结晶温度范围内绝对收缩量和相变，扩大有效结晶温度范围，提高多边化激活能，缓解多边化裂纹情况的发生，减小热裂倾向。
3.本发明中设置能够左右移动的定位工装，从而在对工件进行加工时，只需要转动与立柱定位转动连接、与条形导轨螺纹连接的调整螺杆即可驱动条形螺杆相对螺纹滚压模具移动，进行微小范围内的调整，以调整支撑板的位置，对待加工工件进行支撑。
4.本发明中通过在条形导轨两侧设置定位螺杆，这样，在通过调整螺杆将条形导轨调整至合适位置后，旋拧定位螺杆，使定位螺杆与条形导轨螺纹连接，同时，定位螺杆与定位柱螺纹连接，实现对条形导轨的抵紧并锁固，避免条形导轨仅依靠调整螺杆锁定，锁定效果较差。
5.本发明中，条形导轨上部沿其轴向设置可移动的支撑柱，从而，在对较长的工件进行加工时，可以利用支撑柱对工件的两端进行支撑，避免工件在自身重力作用下两端下垂，影响加工效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种螺纹滚压设备整体结构示意图，主要用于展示支撑板的位置；
图2是本发明一种螺纹滚压设备整体结构示意图，主要用于展示定位螺杆的位置结构。
图中，1、基台；2、螺纹滚压模具；21、压辊；22、上压杆；3、条形导轨；4、支撑台；41、支撑板；5、滑移槽；6、支撑柱；7、调整螺杆；71、立柱；8、定位螺杆；81、定位柱。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明首先提供了一种螺纹滚压设备，具体如下。
参照图1和图2，包括安装在基台1上的螺纹滚压模具2，螺纹滚压模具2包括两个相对的压辊21及位于两个压辊21正上方的上压杆22，以及其他驱动连接结构，该设备为申请人直接购买，且其为本领域公知现有技术，在此不做赘述，附图中仅简单示意。在两个压辊21的下方中间位置，沿压辊21的轴向活动安装有一条形导轨3，条形导轨3顶面通过螺柱锁定有一支撑台4，支撑台4顶部通过水平螺柱可拆卸连接有一竖直的支撑板41，用于对待加工工件的底面进行支撑。工件加工时，放置于两个压辊21之间，工件的底面利用支撑板41支撑，工件的顶面利用上压杆22压住并限位，两个压辊21转动，对工件挤压并在工件外周面形成螺纹。
在对不同直径的工件进行加工时，可以通过更换不同尺寸的支撑板41来对工件进行支撑，以保证支撑板41的顶面能够与工件接触，对工件进行支撑并限位。
参照图1和图2，条形导轨3顶面沿其轴向开有倒T型滑移槽5，支撑柱6的底端嵌入滑移槽5内，且支撑柱6的底端呈与滑移槽5配合的倒T型结构，且该端部螺纹连接有螺母，螺母的直径大于滑移槽5的口径，从而能够将支撑柱6锁定在条形导轨3上。在对不同长度的工件进行加工时，可以移动支撑柱6的位置，使支撑柱6能够对工件的端部进行支撑，避免工件较长，其端部在自身重力作用下下垂，影响加工效果。
参照图1和图2，在压辊21的一端，水平贯穿条形导轨3设置有一根调整螺杆7，调整螺杆7与条形导轨3螺纹连接，且在调整螺杆7的两端，与基台1竖直固定连接有两个立柱71，调整螺杆7的两端分别贯穿立柱71顶端，并与立柱71定位转动连接，即调整螺杆7与立柱71的相对位置不变，但调整螺杆7能够沿其自身轴向转动，以调整条形导轨3的位置。
参照图1和图2，在压辊21的另一端，位于条形导轨3的两侧，与调整螺杆7平行设置有定位螺杆8，与定位螺杆8相应设置有定位柱81，定位螺杆8贯穿定位柱81并与定位柱81螺纹连接，同时，定位螺杆8能够部分伸入条形导轨3侧壁，与条形导轨3螺纹连接，从而待条形导轨3的位置确定后，能够利用定位螺纹对条形导轨3进行锁定，避免条形导轨3左右晃动。
本发明还提供了一种高硬度螺杆生产工艺，具体如下各实施例。
实施例1
S1：选料。选用85Cr合金结构钢，圆棒料作为原材料。
S2：锻造，在机床切割加工，得到长度为50cm，直径为5cm的圆棒形钢材。
S3：热处理。将工件放入电炉内，加热退火，退火温度为680℃，保温2h，炉冷至500℃。然后正火加热至760℃，保温3h，空冷。首次淬火，温度为760℃，保温1h，油冷至300℃。中温回火，温度为250℃，保温3h，空冷。渗碳，渗碳液为煤油，且煤油中溶解有浓度为0.5mol/L的钼酸铵。渗碳温度为900℃，以0.15-0.2mm/h计保温时间，滴液量为35-65滴/分钟，渗碳时间为5h。渗碳后直接二次淬火，二次淬火采用多次循环的淬火方式，具体为预冷至760℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至330℃，保温70分钟；再加热至760℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至330℃，保温70分钟；再加热至760℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至330℃后空冷。最后低温回火，回火温度为170℃，保温100分钟，空冷。
S4：铣端面，把经过热处理后的圆棒料放到机床进行螺杆端面铣操作。
S5：钻中心孔，把经过铣端面处理后的圆棒料放至钻床进行钻中心孔操作。
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具2中，旋拧调整螺杆7，调整条形导轨3的位置，使支撑板41与圆棒料底面抵接，圆棒料上方用上压杆22压制，之后进行螺纹滚压作业。
S7：最后将圆棒料放至机床，铣两端倒角，得到成品。
实施例2
S1：选料。选用85Cr合金结构钢，圆棒料作为原材料。
S2：锻造，在机床切割加工，得到长度为50cm，直径为5cm的圆棒形钢材。
S3：热处理。将工件放入电炉内，加热退火，退火温度为700℃，保温2h，炉冷至510℃。然后正火加热至740℃，保温3h，空冷。首次淬火，温度为770℃，保温1h，油冷至330℃。中温回火，温度为260℃，保温3h，空冷。渗碳，渗碳液为煤油，且煤油中溶解有浓度为0.3mol/L的钼酸铵。渗碳温度为910℃，以0.15-0.2mm/h计保温时间，滴液量为35-65滴/分钟，渗碳时间为5h。渗碳后直接二次淬火，二次淬火采用多次循环的淬火方式，具体为预冷至780℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至340℃，保温70分钟；再加热至780℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至340℃，保温70分钟；再加热至780℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至330℃后空冷。最后低温回火，回火温度为150℃，保温100分钟，空冷。
S4：铣端面，把经过热处理后的圆棒料放到机床进行螺杆端面铣操作。
S5：钻中心孔，把经过铣端面处理后的圆棒料放至钻床进行钻中心孔操作。
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具2中，旋拧调整螺杆7，调整条形导轨3的位置，使支撑板41与圆棒料底面抵接，圆棒料上方用上压杆22压制，之后进行螺纹滚压作业。
S7：最后将圆棒料放至机床，铣两端倒角，得到成品。
实施例3
S1：选料。选用85Cr合金结构钢，圆棒料作为原材料。
S2：锻造，在机床切割加工，得到长度为50cm，直径为5cm的圆棒形钢材。
S3：热处理。将工件放入电炉内，加热退火，退火温度为710℃，保温2h，炉冷至510℃。然后正火加热至780℃，保温3h，空冷。首次淬火，温度为780℃，保温1h，油冷至330℃。中温回火，温度为260℃，保温3h，空冷。渗碳，渗碳液为煤油，且煤油中溶解有浓度为0.3mol/L的钼酸铵。渗碳温度为910℃，以0.15-0.2mm/h计保温时间，滴液量为35-65滴/分钟，渗碳时间为5h。渗碳后直接二次淬火，二次淬火采用多次循环的淬火方式，具体为预冷至800℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃，保温70分钟；再加热至800℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃，保温70分钟；再加热至800℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃后空冷。最后低温回火，回火温度为180℃，保温100分钟，空冷。
S4：铣端面，把经过热处理后的圆棒料放到机床进行螺杆端面铣操作。
S5：钻中心孔，把经过铣端面处理后的圆棒料放至钻床进行钻中心孔操作。
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具2中，旋拧调整螺杆7，调整条形导轨3的位置，使支撑板41与圆棒料底面抵接，圆棒料上方用上压杆22压制，之后进行螺纹滚压作业。
S7：最后将圆棒料放至机床，铣两端倒角，得到成品。
实施例4
S1：选料。选用85Cr合金结构钢，圆棒料作为原材料。
S2：锻造，在机床切割加工，得到长度为50cm，直径为5cm的圆棒形钢材。
S3：热处理。将工件放入电炉内，加热退火，退火温度为720℃，保温2h，炉冷至510℃。然后正火加热至770℃，保温3h，空冷。首次淬火，温度为770℃，保温1h，油冷至330℃。中温回火，温度为280℃，保温3h，空冷。渗碳，渗碳液为煤油，且煤油中溶解有浓度为0.6mol/L的钼酸铵。渗碳温度为910℃，以0.15-0.2mm/h计保温时间，滴液量为35-65滴/分钟，渗碳时间为5h。渗碳后直接二次淬火，二次淬火采用多次循环的淬火方式，具体为预冷至790℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至330℃，保温70分钟；再加热至790℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃，保温70分钟；再加热至790℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃后空冷。最后低温回火，回火温度为180℃，保温100分钟，空冷。
S4：铣端面，把经过热处理后的圆棒料放到机床进行螺杆端面铣操作。
S5：钻中心孔，把经过铣端面处理后的圆棒料放至钻床进行钻中心孔操作。
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具2中，旋拧调整螺杆7，调整条形导轨3的位置，使支撑板41与圆棒料底面抵接，圆棒料上方用上压杆22压制，之后进行螺纹滚压作业。
S7：最后将圆棒料放至机床，铣两端倒角，得到成品。
对比例1
S1：选料。选用85Cr合金结构钢，圆棒料作为原材料。
S2：锻造，在机床切割加工，得到长度为50cm，直径为5cm的圆棒形钢材。
S3：热处理。将工件放入电炉内，加热退火，退火温度为720℃，保温2h，炉冷至510℃。然后正火加热至770℃，保温3h，空冷。首次淬火，温度为770℃，保温1h，油冷至330℃。中温回火，温度为280℃，保温3h，空冷。渗碳，渗碳液为煤油。渗碳温度为910℃，以0.15-0.2mm/h计保温时间，滴液量为35-65滴/分钟，渗碳时间为5h。渗碳后直接二次淬火，具体为预冷至790℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至330℃，保温70分钟后空冷。最后低温回火，回火温度为180℃，保温100分钟，空冷。
S4：铣端面，把经过热处理后的圆棒料放到机床进行螺杆端面铣操作。
S5：钻中心孔，把经过铣端面处理后的圆棒料放至钻床进行钻中心孔操作。
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具2中，旋拧调整螺杆7，调整条形导轨3的位置，使支撑板41与圆棒料底面抵接，圆棒料上方用上压杆22压制，之后进行螺纹滚压作业。
S7：最后将圆棒料放至机床，铣两端倒角，得到成品。
对比例2
S1：选料。选用85Cr合金结构钢，圆棒料作为原材料。
S2：锻造，在机床切割加工，得到长度为50cm，直径为5cm的圆棒形钢材。
S3：热处理。将工件放入电炉内，加热退火，退火温度为710℃，保温2h，炉冷至510℃。然后正火加热至780℃，保温3h，空冷。首次淬火，温度为780℃，保温1h，油冷至330℃。中温回火，温度为260℃，保温3h，空冷。渗碳，渗碳液为煤油。渗碳温度为910℃，以0.15-0.2mm/h计保温时间，滴液量为35-65滴/分钟，渗碳时间为5h。渗碳后直接二次淬火，二次淬火采用多次循环的淬火方式，具体为预冷至800℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃，保温70分钟；再加热至800℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃，保温70分钟；再加热至800℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃后空冷。最后低温回火，回火温度为180℃，保温100分钟，空冷。
S4：铣端面，把经过热处理后的圆棒料放到机床进行螺杆端面铣操作。
S5：钻中心孔，把经过铣端面处理后的圆棒料放至钻床进行钻中心孔操作。
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具2中，旋拧调整螺杆7，调整条形导轨3的位置，使支撑板41与圆棒料底面抵接，圆棒料上方用上压杆22压制，之后进行螺纹滚压作业。
S7：最后将圆棒料放至机床，铣两端倒角，得到成品。
对比例3
S1：选料。选用85Cr合金结构钢，圆棒料作为原材料。
S2：锻造，在机床切割加工，得到长度为50cm，直径为5cm的圆棒形钢材。
S3：热处理。将工件放入电炉内，加热退火，退火温度为700℃，保温2h，炉冷至510℃。然后正火加热至770℃，保温3h，空冷。首次淬火，温度为770℃，保温1h，油冷至330℃。中温回火，温度为260℃，保温3h，空冷。渗碳，渗碳液为煤油。渗碳温度为910℃，以0.15-0.2mm/h计保温时间，滴液量为35-65滴/分钟，渗碳时间为5h。渗碳后直接二次淬火，二次淬火采用多次循环的淬火方式，具体为预冷至800℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃，保温70分钟；再加热至790℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃，保温70分钟；再加热至800℃，保温1h，40号机械淬火油中激冷至350℃后空冷。最后低温回火，回火温度为180℃，保温100分钟，空冷。
S4：铣端面，把经过热处理后的圆棒料放到机床进行螺杆端面铣操作。
S5：钻中心孔，把经过铣端面处理后的圆棒料放至钻床进行钻中心孔操作。
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具2中，旋拧调整螺杆7，调整条形导轨3的位置，使支撑板41与圆棒料底面抵接，圆棒料上方用上压杆22压制，之后进行螺纹滚压作业。
S7：最后将圆棒料放至机床，铣两端倒角，得到成品。
检测方法
工件表面裂痕：目测判断，根据裂痕强度有弱到强依次为无，微弱，有，显著。
力学性能：GBT 228.1-2010拉伸试验和GBT 229-2007冲击试验进行测试。
阻尼性能tanδ：通过动态机械分析仪DMA-Q800进行强迫震动试验测试。
| 编号 | 抗拉强度/MPa | 冲击韧性(AKU)/J | tanδ | 硬度/HB | 表面裂痕 |
| 实施例1 | 638 | 106 | 0.040 | 361 | 微弱 |
| 实施例2 | 639 | 107 | 0.041 | 387 | 无 |
| 实施例3 | 630 | 107 | 0.042 | 388 | 无 |
| 实施例4 | 637 | 110 | 0.038 | 363 | 无 |
| 对比例1 | 461 | 70 | 0.009 | 267 | 微弱 |
| 对比例2 | 483 | 81 | 0.041 | 270 | 显著 |
| 对比例3 | 450 | 76 | 0.035 | 281 | 显著 |
由上述实验结果可知，针对阻尼性能，由对比例1和对比例2、3相比，对比例2和对比3在进行二次淬火时，均采用多次循环淬火的方式，处理后钢材料的阻尼性能显著提升，但是，对比例2和对比例3得到的钢材料的表面裂痕较严重。通过对比例2、对比例3与实施例1至4相比，实施例1至4由于在渗碳步骤中渗碳液中增加了钼酸铵，使得材料再进行多次循环淬火后，表面裂痕现象明显减弱。
Claims (10)
1.一种高硬度螺杆生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选料；
S2：锻造，得到圆棒形钢材；
S3：热处理，具体工艺依次包括退火，正火，首次淬火，中温回火，渗碳，二次淬火，低温回火；
S4：铣端面；
S5：钻中心孔；
S6：铣螺旋槽，将经过S5步骤处理后的钢材放置于螺纹滚压模具(2)中，并利用定位工装定位，进行螺纹滚压作业；
S7：铣两端倒角，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度螺杆生产工艺，其特征在于：步骤S3中退火温度为680-710℃。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度螺杆生产工艺，其特征在于：步骤S3中正火温度为740-780℃。
4.根据权利要求1所述的一种高硬度螺杆生产工艺，其特征在于：步骤S3中首次淬火温度为760-780℃。
5.根据权利要求1所述的一种高硬度螺杆生产工艺，其特征在于：步骤S3中渗碳液为煤油，且渗碳液中溶解有钼酸铵。
6.根据权利要求1所述的一种高硬度螺杆生产工艺，其特征在于：步骤S3中二次淬火的过程包括淬火温度为760-800℃，在油中激冷至330-350℃，此过程循环3次。
7.根据权利要求1所述的一种高硬度螺杆生产工艺，其特征在于：步骤S3中低温回火温度为150-180℃。
8.一种螺纹滚压设备，包括螺纹滚压模具(2)，其特征在于：还包括定位工装，所述定位工装包括位于所述螺纹滚压模具(2)下方的条形导轨(3)，所述条形导轨(3)顶部设有支撑板(41)，所述条形导轨(3)顶面，沿其轴向设有倒T型滑移槽(5)，所述滑移槽(5)内滑移设有支撑柱(6)，贯穿所述条形导轨(3)水平设有调整螺杆(7)，所述调整螺杆(7)与所述条形导轨(3)螺纹连接，且所述调整螺杆(7)的两端分别与立柱(71)定位转动连接。
9.根据权利要求8所述的一种螺纹滚压设备，其特征在于：所述定位工装还包括与所述条形导轨(3)侧壁螺纹连接的定位螺杆(8)，且每一所述定位螺杆(8)分别贯穿并与定位柱(81)螺纹连接。
10.根据权利要求8或9所述的一种螺纹滚压设备，其特征在于：所述支撑板(41)与所述条形导轨(3)可拆卸连接。
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| CN201811403688.2A CN109531061A (zh) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | 一种高硬度螺杆生产工艺及螺纹滚压设备 |
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| CN201811403688.2A CN109531061A (zh) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | 一种高硬度螺杆生产工艺及螺纹滚压设备 |
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