CN110747452A - 一种精锻齿轮的磷化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的精锻齿轮的磷化方法，通过将不同工件的产品表面积输入工控计算机中，计算齿轮产品的表面积与药液的消耗量的关系，添加相应的磷化药液，在工控计算机内，输入相应的工件代号和数量等参数自动生成工件程序，产品与工件程序同步流转实时监控磷化药液的消耗。通过工件程序来调控磷化药液加入量，使整个过程中的磷化药液的浓度恒定。同时设置了磷化工装，首先使得连续生产过程中前后批次的有效加工面积在一定范围内波动，进一步控制药液波动的范围。不但能避免现有精锻齿轮堆叠时产生的部分产品表面浸液不充分的问题，而且放置磕碰，装料和运转简单方便，大大提高了精锻齿轮磷化工序的产品品质和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮产品表面加工技术领域，尤其涉及一种精锻齿轮的磷化方法。
背景技术
磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。
磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。
汽车齿轮的磷化是一种很常见的处理方式。现有技术：高温锰系磷化其磷化膜可以提高钢铁表面的摩擦磨损性能和耐蚀性，延长其使用寿命。现有条件下，通过脱脂→清洗→表调→磷化→后清洗完成对产品表面的磷化。在整个工序过程中磷化反应过程对待磷化齿轮产品质量有直接影响，这其中磷化药液本身成分含量变量最大，不易受控。
现有技术下，对于磷化药液成分控制是在加工前对其各项指标进行线外化验，根据其化验结果进行磷化药液补充，直至结束生产。下一班次开始生产前重新进行化验，根据化验结果对磷化药液进行补充。
在现有方案下，其磷化药液有效成分在加工过程中被不断消耗，通过磷化时间的延迟使其磷化达到要求。此方案下，需要依靠人工对每批次磷化结果进行调试确认。每批次磷化时间不能统一，每批次加工产品数量受操作工控制，可能出现前后批次加工数量变化过大，无法实现固化生产工艺。磷化后的产品一致性较差。
并且盛放齿轮的工装一般都是将产品堆叠在一起，同一批次的产品的一致性也不完全相同，堆叠方式下产品相互接触，接触位置因反应无法进行极易出现磷化缺陷，且遗留有磷化渣。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种精锻齿轮的磷化方法对整个磷化工序进行全方位调控，根据对每批次待磷化精锻齿轮产品种类及加入量计算反应消耗速率并形成工件程序，每批次产品与其匹配的工件程序输入工控计算机中，通过工控计算机的监测，指令整流器的电流，持续定量补给磷化药液进行磷化药液的补充；在加工过程中配合线外化验磷化药液的成分含量的变化，补足和调整工控计算机的相应参数，使磷化后的精锻齿轮的一致性不会因为药液的变化而产生差异。
同时，本发明根据精锻齿轮的产品结构特点设置了磷化工装，在使用工装情况下，每批次加工数量固定。不但能避免现由于精锻齿轮堆叠，产生的部分产品表面浸液不充分的问题；而且防止磕碰，装料和运转简单方便，大大提高了精锻齿轮磷化工序的产品品质和生产效率。因其产品与产品间不是以堆叠方式进行加工，有较大的活动空间，在加工过程中通过对磷化药液的搅拌及对工装及产品整体进行震荡，使磷化渣不会残留在产品表面影响表面清洁度。
本发明的精锻齿轮的磷化方法，包括以下步骤：
S1.对待磷化产品进行备料并输入工件的工件代号及数量输入工控计算机中；确认后，工控计算机自动计算出该待磷化产品所用计量泵的电流值；在工控计算机中将工件代号对应精锻齿轮产品的表面积输入工控计算机中，添加磷化药液，添加所述磷化药液的原液加入量为10~30g/㎡；
S2.行车将磷化工装从备料工位移走时，PLC自动将工控计算机内的当前工件程序取走，作为控制策略的基础计算用，以此数据基础对每批次产品设定对应加工时的工控计算机的温度、电流和工艺时间；
S3.将磷化工装连同整整批待磷化产品浸没在磷化药液中，进行磷化；
S4.通过工控计算机指令整流器的电流，定时定量补给磷化药液，同时工控计算机控制其磷化加工的时间；
S5.在加工过程中，抽取磷化药液在线外化学实验室测试磷化药液的成分含量，及时修正工控计算机的参数，通过线外化验，逐步修正产品加工过程中磷化药液补充量，保证待磷化精锻齿轮产品的稳定性。
本发明的精锻齿轮的磷化方法通过将不同工件的产品表面积输入工控计算机中，计算齿轮产品的表面积与药液的消耗量的关系，添加相应的磷化药液，在工控计算机内，输入相应的工件代号和数量等参数自动生成工件程序，产品与工件程序同步流转实时监控磷化药液的消耗。通过工件程序中对加入磷化药液的整流器的电流大小的控制，来调控磷化药液加入量，使整个过程中的磷化药液的浓度恒定，是保证齿轮磷化产品的一致性的基础。配合线外测试磷化药液的成分含量可以及时调整和修正工控计算机的参数，使整个磷化药液的成分更加稳定。
进一步地，所述磷化药液的原液按以质量百分含量计，由20%-30%磷酸锰，5% -10%磷酸 ，5%-10%硝酸镍 ，水为余量组成。一般使用时将175kg磷化药液的原液配置成1500L磷化药液。
本发明的磷化药液为锰系磷化药液，其主要组成成分为：
游离酸 H3PO4------游离酸度
磷酸盐 Me(H2PO4)2-------总酸度
氧化剂 [O]------促进剂浓度。
进一步地，所述磷化加工过程的磷化药液的温度为92~98℃。
进一步地，所述磷化工装包括由底板和侧板形成的方形框体，所述底板为纵横的筋板形成承载架，所述承载架上固定设置有“人字”形或三角形的定位结构。
所述承载架为纵横交错的筋板，承载架上具有空隙，有利于磷化药液的通过，使精锻齿轮的表面充分接触磷化药液。
更进一步地，相邻所述定位结构的距离大于待磷化精锻齿轮中心到精锻齿轮齿顶的距离。
此种定位结构的设置可以有效减少精锻齿轮的磕碰。
进一步地，所述方形框体的相对第一侧板设有吊板，所述吊板上设有与吊具相适配的孔槽结构。
吊板的设置是可以使整个磷化工装轻易地被吊起，方便磷化前后的精锻齿轮产品放置和运转。
进一步地所述矩形结构靠近方形框体底板处为喇叭状结构，所述喇叭状结构与框体底板的凸出台相适配。
更进一步地，所述喇叭状结构的宽度大于耳状结构，这种设置可以将两个磷化工装上下叠放，节省空间，叠放时，所述耳状结构可以插入喇叭状结构中，使上下两个磷化工装相对固定放置。
进一步地，所述“人字”形定位结构包括安装在定位柱一上的三个定位板，所述定位柱一的高度为30~50mm，相邻两个所述定位板间的夹角为120°。
进一步地，所述三角形的定位结构包括三条内凹的弧形线和中心设有定位柱二，相邻两个弧形线相接处为平滑的弧段。
此种设置使整个定位结构的外缘可以与精锻齿轮向接触时不会碰伤齿轮的内孔。
进一步地，所述定位结构的材料为尼龙材料，所述磷化工装的表面进行镀锌处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明公开的精锻齿轮的磷化方法，对整个磷化工序进行全方位调控，根据对每批次待磷化精锻齿轮产品种类及加入量计算反应消耗速率并形成工件程序，每批次产品与其匹配的工件程序输入工控计算机中，通过工控计算机的监测，指令整流器的电流，持续定量补给磷化药液进行磷化药液的补充；在加工过程中配合线外化验磷化药液的成分含量的变化，补足和调整工控计算机的相应参数，使磷化后的精锻齿轮的一致性不会因为药液的变化而产生差异。
2.本发明公开的精锻齿轮的磷化方法中设置了磷化工装，在使用工装情况下，每批次加工数量固定。不但能避免现有精锻齿轮堆叠时产生的部分产品表面浸液不充分的问题，而且放置磕碰，装料和运转简单方便，大大提高了精锻齿轮磷化工序的产品品质和生产效率。
3.使用本发明的磷化工装人工对于产品的影响减少，产品磕碰伤在此工序上出现概率由5%下降至 0.1%以下。同时因不需要逐个搬运产品，其员工劳动效率可以得到明显提升，约降低其 60%左右的劳动时间。
附图说明
图1为实施例2的所述磷化工装的俯视结构示意图。
图2为实施例2的所述磷化工装的主视图。
图3为实施例2的所述磷化工装的侧视图。
图4为实施例2的所述磷化工装的“人字”形的定位结构示意图。
图5为实施例3的所述磷化工装的俯视结构示意图。
图6为实施例3的所述磷化工装的主视图。
图7为实施例3的所述磷化工装的侧视图。
其中，10-底板，101-筋板，20-侧板，21-凸出台，201-第一侧板，202吊板，2021-孔槽，203-第二侧板，204-耳状结构，205矩形结构，206-喇叭状结构，30-“人字”形定位结构，31-定位柱一，32-定位板，30’-“三角形”定位结构，31’-定位柱二，32’-矩形加强板。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例的精锻齿轮的磷化方法，包括以下步骤：
S1.对待磷化产品进行备料并输入工件的工件代号及数量输入工控计算机中；确认后，工控计算机自动计算出该待磷化产品所用计量泵的电流值；在工控计算机中，将工件代号对应精锻齿轮产品的表面积输入工控计算机中，添加磷化药液，添加所述磷化药液的原液加入量为10~30g/㎡；使用时将175kg磷化药液的原液配置成1500L磷化药液；
S2.行车将磷化工装从备料工位移走时，即开始进行磷化的同时，PLC自动将工控计算机内的当前工件程序取走，作为控制策略的基础计算用，以此数据基础对每批次产品设定对应加工时的工控计算机的温度、电流和工艺时间；
S3.将磷化工装连同整整批待磷化产品浸没在磷化药液中，进行磷化；
S4.通过工控计算机指令整流器的电流，定时定量补给磷化药液，同时工控计算机控制其磷化加工的时间；
S5.在加工过程中，抽取磷化药液在线外化学实验室测试磷化药液的成分含量，及时修正工控计算机的参数，通过线外化验，逐步修正产品加工过程中磷化药液补充量，保证待磷化精锻齿轮产品的稳定性。
具体地，采用工控计算机可以设定编制和储存工艺并自动调用工艺，按产品品种及加工数量自动生成磷化加药泵加药速率，通过指定整流器的电流来调整和补给使磷化药液的成分含量保持恒定。将工控计算机中的各项工艺参数，如温度、电流（控制加药泵加药速度）、工艺时间，输入进三菱可编程控制器（PLC）对输出电流控制加药速率。如加工340小齿时，一批次同时加工产品320件，磷化节拍时间10min，其加药速率约为83g/min。在通过10min磷化完毕后，产品表面形成磷化膜10g/㎡。在完成10批次加工后其磷化药液成分，总酸度由63pt降至58pt，酸比由6.8降至6.1，铁份由0.8g/l升至1.0g/l。
计量泵使用易威奇电磁计量泵，与整流器的电流相匹配的速率将磷化药液加入磷化池中，同时线外对磷化药液进化验，检验数据中的偏差对工控计算机中的数据进行修正。
本实施例中的磷化的温度为92~98℃。
本发明公开的精锻齿轮的磷化方法，对整个磷化工序进行全方位调控，根据待磷化精锻齿轮产品加入量，进行磷化药液的配置，计算反应消耗速率等通过工控计算机的监测，指令整流器的电流，定时定量补给磷化药液；配合线外测试磷化药液的成分含量的变化，补足和调整工控计算机的相应参数，使磷化后的精锻齿轮的一致性不会因为药液的变化而产生差异。
实施例2
如图1~图4所示，本实施例的磷化工装，包括由底板10和侧板20形成的方形框体，底板10为纵横的筋板101形成网状的承载架，承载架上固定设置有“人字”形定位结构30。相邻“人字”形定位结构30间的距离大于待磷化精锻齿轮中心到精锻齿轮齿顶的距离。此种定位结构的设置可以有效减少精锻齿轮的磕碰。
筋板101采用25*T5扁铁制作而成，承载架为纵横交错的筋板，承载架上具有间隙，有利于磷化药液的通过，使精锻齿轮的表面充分接触磷化药液。
为了方便磷化工装的运输，方形框体的相对第一侧板201设有一对吊板202，吊板202上设有与吊具相适配的孔槽结构2021，孔槽结构2021为倒V型结构，吊板的设置是可以使整个磷化工装轻易地被吊起，方便磷化前后的精锻齿轮产品放置和运转。
本实施例的一对吊板202间设有加强波形管，使整个第一侧板201更加牢固。
方形框体的相对第二侧板203设置有凸出于方形框体的耳状结构204，耳状结构204向第二侧板203延伸有矩形结构205，矩形结构205靠近方形框体底板20处为喇叭状结构206，喇叭状结构206与框体底板20的凸出台21相适配。耳状结构204可以将两个磷化工装上下叠放，节省空间，叠放时耳状结构可以插入喇叭状结构中，使上下两个磷化工装相对固定放置。
“人字”形定位结构30包括安装在定位柱一31上的三个定位板32，定位柱一31的高度H为30~50mm，本实施例中高度为35mm。相邻两个定位板32间的夹角为120°。“人字”形定位结构30的材料为尼龙材料，本实施例的磷化工装的表面进行镀锌处理。
本实施例的工装尤其适用于精锻侧齿齿轮的磷化加工，可以根据精锻侧齿的分类，如精锻短侧齿和精锻长侧齿，来适应性地调整“人字”形定位结构30的位置或者调整侧板的高度。
本磷化工装结合实施例1中的精锻齿轮的磷化方法使用，能更加精确地测算磷化药液的消耗量和补充量，使整个磷化方法可控性强，大大提高了产品的一致性。
实施例3
如图5~图7所示，本实施例的磷化工装与实施例1基本相同，其不同之处在于，承载架上固定设置有“三角形”定位结构30’。本“三角形”定位结构包括三条边均为内凹的弧形线，相邻两个弧形线相接处为平滑的弧段，使整个定位结构的外缘可以与精锻齿轮向接触时不会碰伤齿轮的内孔，在“三角形”定位结构的中心设有定位柱二31’，其高度为30~50mm，本实施例中高度为35mm。
并且筋板采用5mm钢板切割成型，本实施例的磷化工装的方形框体的相对第一侧板201设有两对吊板202。两对吊板202间设有矩形加强板32’，使整个第一侧板201更加牢固。
第二侧板203处设有矩形加强板32’并未设置凸出于方形框体的耳状结构。本实施例的磷化工装适用于精锻齿轮的磷化加工。
本精锻齿轮的磷化方法验证：
实际生产中使用本实施例1的精锻齿轮的磷化方法和实施2的磷化工装对340小齿产品进行磷化，采用温度为92~98℃，磷化10min。
磷化药液的本班次磷化开始加工前 ：
总酸度：61.6pt
酸比：（总酸度／游离酸度）=6.5
铁份：（Ｆe２＋）=1.1g/l
本班次磷化结束加工后：
总酸度：62.3pt
酸比：（总酸度／游离酸度）=6.8
铁份：（Ｆe２＋）=1.3g/l
首批次加工产品320件，磷化膜厚度0.004mm，磷化膜重9.4g/㎡
同班次最后一批次加工产品320件，磷化膜厚度0.0041mm，磷化膜重9.5g/㎡。
首末批次加工的产品的磷化膜厚度相差0.0001mm，磷化膜重相差为0.1g/㎡。磷化后的产品一致性较好。通过观察产品表面，磷化膜的覆盖全面，没有磷化渣遗留在产品表面。
对比例1
本对比例的精锻齿轮的磷化方法，包括以下步骤：
S1.在产品加工生产前，在线外对磷化药液进行化验，在生产前根据其化验结果对磷化药液进行补充；
S2.将精锻齿轮产品放入磷化框内，每批次加工400~600件，采用堆叠方式将整批产品浸没在磷化药液中，进行磷化，本班次共磷化产品8500件；
S3.根据磷化反应进度控制磷化时间，磷化周期为8~15min，通过温控仪控制磷化温度92~98℃；
S4.在整个班次加工结束后下个班次加工前，抽取磷化药液在线外化验的成分含量，保证磷化精锻齿轮产品的正常加工。
S5.磷化开始加工前
总酸度：64.8pt
酸比：（总酸度／游离酸度）=6.1
铁份：（Ｆe２＋）=0.3g/l
磷化开始加工后
总酸度：59.1pt
酸比：（总酸度／游离酸度）=7.9
铁份：（Ｆe２＋）=0.9g/l
下一班次加工前添加磷化药液25kg，在充分搅拌后对磷化药液进行线外化验
总酸度：65.4pt
酸比：（总酸度／游离酸度）=6.7
铁份：（Ｆe２＋）=0.8g/l
首批次加工产品350件，磷化膜厚度0.006mm，磷化膜重14g/㎡
同班次最后一批次加工产品350件，磷化膜厚度0.0057mm，磷化膜重13.4g/㎡
首末批次加工的产品的磷化膜厚度相差0.0003mm，磷化膜重相差为0.6g/㎡。磷化后的产品一致性差距较大。通过观察产品表面，磷化膜的覆盖全面，但个别产品遗留有磷化渣。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.对待磷化产品进行备料并输入工件的工件代号及数量输入工控计算机中；确认后，工控计算机自动计算出该待磷化产品所用计量泵的电流值；在工控计算机中，将工件代号对应精锻齿轮产品的表面积输入工控计算机中，添加磷化药液，添加所述磷化药液的原液加入量为10~30g/㎡；
S2.行车将磷化工装从备料工位移走时，PLC自动将工控计算机内的当前工件程序取走，作为控制策略的基础计算用，以此数据基础对每批次产品设定对应加工时的工控计算机的温度、电流和工艺时间；
S3.将磷化工装连同整整批待磷化产品浸没在磷化药液中，进行磷化；
S4.通过工控计算机指令整流器的电流，定时定量补给磷化药液，同时工控计算机控制其磷化加工的时间；
S5.在加工过程中，抽取磷化药液在线外化学实验室测试磷化药液的成分含量，及时修正工控计算机的参数，通过线外化验，逐步修正产品加工过程中磷化药液补充量，保证待磷化精锻齿轮产品的稳定性。
2.根据权利要求1所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，所述磷化药液的原液以质量百分含量计，由20%-30%磷酸锰，5% -10%磷酸 ，5%-10%硝酸镍 ，水为余量组成。
3.根据权利要求1所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，所述磷化的温度为92℃~98℃。
4.根据权利要求1所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，所述磷化工装包括由底板和侧板形成的方形框体，所述底板为纵横交错的筋板形成承载架，所述承载架上固定设置有“人字”形或三角形的定位结构。
5.根据权利要求4所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，相邻所述定位结构的距离大于待磷化精锻齿轮中心到精锻齿轮齿顶的距离。
6.根据权利要求5所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，所述方形框体的相对第一侧板设有吊板，所述吊板上设有与吊具相适配的孔槽结构。
7.根据权利要求5所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，所述方形框体的相对第二侧板设置有凸出于方形框体的耳状结构，所述耳状结构向第二侧板延伸有矩形结构，所述矩形结构靠近方形框体底板处为喇叭状结构，所述喇叭状结构与框体底板的凸出台相适配。
8.根据权利要求5所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，所述“人字”形定位结构包括安装在定位柱一上的三个定位板，所述定位柱一的高度为30~50mm，相邻两个所述定位板间的夹角为120°。
9.根据权利要求4所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，所述三角形的定位结构包括三条内凹的弧形线和中心设有定位柱二，相邻两个弧形线相接处为平滑的弧段。
10.根据权利要求1~9任意一项所述精锻齿轮的磷化方法，其特征在于，所述定位结构的材料为尼龙材料，所述磷化工装的表面进行镀锌处理。
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