CN111037243B - 变速箱驻车齿轮制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种变速箱驻车齿轮制造方法，包括：下料‑喷丸‑加热‑温锻‑调质‑喷丸‑冷整形‑精车端面‑拉内花键‑感应表面淬火‑探伤，其中的温锻加工过程进一步包括：镦粗‑预成型‑终成型‑冲孔切边。本发明温锻后驻车齿的齿面无需后续机加工，驻车齿齿面锻造流线不被切断，使后续产品保持较高的机械强度。产品芯部调质处理，调质索氏体组织可以保持高强度和高韧性。调质后冷整形，矫正调质热变形。驻车齿表面高频淬火，保持较低热变形及高表面硬度。本发明设计合理，结合了净成型锻造和调质、表面淬火的工艺优点，提高了材料利用率，降低了机加工制造成本，并且产品的表面氧化和热变形得以有效控制，产品精度及质量满足使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种齿轮精密加工领域的技术，具体是一种精密塑性成型及热处理高精度耦合制造变速箱驻车齿轮的方法。
背景技术
驻车齿在变速箱中是非常重要的安全件，其精度要求及零件质量要求较高；现在行业内使用中碳钢制造驻车齿的加工方法一般为拉削成型，其金属流线被破坏，因此可能影响后续的零件抗冲击性能及弯曲强度，并且拉床和拉刀设备的投入成本较高。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN 103157759 A公开了一种圆柱齿轮温冷复合精锻成型工艺，该工艺采用温锻加正火加冷精整的方式成型，但是这种工艺仅适用于低碳钢，正火态的锻件硬度低，后续必须另做表面硬化淬火热处理才能满足零件的使用要求。但表面硬化淬火热处理的弊端是淬火热变形较大，驻车齿的齿形精度会降低，并且淬火过程的长时间加热会造成零件表面氧化，影响零件质量。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种变速箱驻车齿轮制造方法，采用中碳钢的温锻+调质+冷整形+感应淬火实现变速箱驻车齿轮制造，温锻后驻车齿的齿面无需后续机加工，驻车齿齿面锻造流线不被切断，使后续产品保持较高的机械强度。产品芯部调质处理，调质索氏体组织可以保持高强度和高韧性。调质后冷整形，矫正调质热变形。驻车齿表面高频淬火，保持较低热变形及高表面硬度。本发明设计合理，结合了净成型锻造和调质、表面淬火的工艺优点，提高了材料利用率，降低了机加工制造成本，并且产品的表面氧化和热变形得以有效控制，产品精度及质量满足使用要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：下料-喷丸-加热-温锻-调质-喷丸-冷整形-精车端面-拉内花键-感应表面淬火-探伤，其中的温锻加工过程进一步包括：镦粗-预成型-终成型-冲孔切边。
所述的原材料采用中碳合金结构钢棒，优选碳含量为0.45％-0.60％，锰含量为
1.20％-1.70％；进一步优选经磨光处理，表面无氧化。
所述的下料的后钢棒，其高径比为1.8-2.2，表面经喷丸处理以去除表面氧化杂质及缺陷。
所述的加热，包括预热、喷涂石墨和加热；优选于钢棒表面喷涂水基石墨，防止表面脱碳；预热的温度为：200±10℃，加热温度为900±20℃以避免高温加热导致的氧化，从而避免了成品表面硬度降低。
所述的驻车齿毛坯的齿顶圆直径设置为比最终产品的齿顶圆直径DIA1小0.05-0.8mm；毛坯驻车齿齿根圆直径DIA2比最终产品的齿根圆直径小0.05-0.8mm；毛坯跨棒距M值(MEAS OVER TWO BALLS)比最终产品的跨棒距M值小0.1-1.2mm。
所述的温锻工艺中镦粗过程使棒料高度降低，直径增大；预成型工序锻出部分齿形；终成型工序锻出最终所需齿形，并且多余的材料往飞边方面流动，其中：飞边位置设定在上端面处，高于驻车齿有效齿形高度，厚度值为2-4mm，保证飞边切掉后切口痕迹不影响驻车齿产品的齿形精度。最后冲孔切边得到终锻毛坯尺寸。
优选在温锻过程中喷涂水基石墨作为润滑剂。
所述的调质，选用连续推杆式调质炉，通入氮甲醇保护气氛，使炉内碳势与零件表面含碳量平衡，避免表面被氧化；加热温度800-900℃，油淬，回火温度550-650℃；调质组织为回火索氏体组织，硬度达20-30HRC，该硬度既满足后续冷整形的塑性要求，又可满足成品零件的使用要求。
所述的冷整形，选用高精度机械压机，常温下闭式成型，零件厚度方面的变形量△h为0-0.5mm，防止校形后零件出现微裂纹。校形后驻车齿跨棒距M值与最终成品的M值相同，齿顶圆圆度控制在0.015-0.15mm。
所述的精车端面和拉内花键：采用数控车床，以驻车齿分度圆为基准，精车两端面和内孔；采用数控拉床设备拉内花键。
所述的感应表面淬火，采用高频局部加热+水基淬火液淬火工艺，将驻车齿表面区域淬硬，控制零件淬硬层深度为3-4mm，控制表面组织为淬火马氏体，硬度达52-58HRC。控制零件芯部和花键位置组织及尺寸不受影响，保证芯部高强韧性组织及花键精度。
所述的探伤，优选采用磁粉探伤以检测零件表面的裂纹风险。
技术效果
与现有技术相比，本发明创新性的采用中碳钢精锻成型工艺，既保留了锻造流线的完整性，又提高了零件了零件的含碳量，使得成品零件的强度得到提高；热处理方法采用调质+表面感应淬火，既保证了零件表面的接触强度，又保证了芯部的弯曲韧性，零件质量得以提高。通过调质后整形工艺，可保证最终产品的齿形精度；表面感应淬火对内花键没有影响，也可大幅降低驻车齿因传统淬火过程的长时间加热造成的热变形。
附图说明
图1为实施例中驻车齿齿轮零件二维示意图；
图中：a为俯视图；b为B-B面剖视图；I为花键部分，II为驻车齿齿形；
图2为实施例中驻车齿齿轮零件关键尺寸示意图；
图中：III为毛坯跨棒距M值；DIA1为齿尖直径，DIA2为齿根直径；
图3为实施例中驻车齿锻件毛坯锻造工艺过程示意图；
图中：a为镦粗工艺，b为预成型工艺，c为终成型工艺，d为冲孔切边工艺；
图4为实施例中驻车齿零件感应淬火区域示意图；
图中：IV为驻车齿齿顶，V为感应淬火边界区域。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例以某新能源汽车变速器中的驻车齿轮为例，说明驻车齿轮零件的制造工艺，本实施例包括以下步骤：
原材料中碳优质合金结构钢，优选牌号SAE1552M，碳含量为0.52％，锰含量为1.35％；原材料钢棒磨光处理，表面无脱碳及微裂纹。
下料：根据零件及损耗计算下料重料，采用锯料方法，控制钢棒高径比为1.95；下料后零件表面喷丸处理，去除表面氧化杂质及缺陷；
加热：分为预热-喷涂石墨-加热三段式加热，零件表面喷涂水基石墨，防止表面脱碳；加热温度为900±20℃，避免高温加热导致的脱碳，从而使成品表面硬度降低。
温锻：成型工序为镦粗-预成型-终成型-冲孔切边；其中预成型工序锻出部分齿形；终成型工序锻出最终所需齿形，并且多余的材料往飞边方面流动，其中：飞边位置设定在上端面处，高于驻车齿有效齿形高度，厚度值为2.8mm，保证飞边切掉后切口痕迹不影响驻车齿产品的齿形精度。最后冲孔切边得到终锻毛坯尺寸。温锻驻车齿的形状轮廓与最终产品的形状轮廓基本相同；毛坯驻车齿齿顶圆直径比最终产品的齿顶圆直径小0.35mm；毛坯驻车齿齿根圆直径比最终产品的齿根圆直径小0.28mm；毛坯跨棒距M值比最终产品的跨棒距M值小0.15mm。在锻造过程中喷涂水基石墨作为润滑剂.
调质：选用连续推杆式调质炉，通入氮甲醇保护气氛，炉内碳势维持在0.5％C，保证调质过程表面不被氧化；加热温度850℃，油淬，清洗后回火，回火温度585℃；调质组织为回火索氏体组织，硬度为28HRC。
喷丸：采用挂式抛丸机，喷丸清理零件表面。
润滑：有机高分子润滑剂对零件表面进行润滑，零件表面涂覆润滑膜层后烘干。
校形：选用高精度机械压机，常温下闭式成型，零件厚度方面的变形量△h为0.4mm，防止校形后零件出现微裂纹。校形后驻车齿跨棒距M值与最终成品的M值相同，齿顶圆圆度控制在0.04mm。
精车及拉花键：采用数控车床，以驻车齿分度圆为基准，精车两端面和内孔；采用数控车床拉内花键。
感应淬火：采用高频局部加热+水基淬火液淬火工艺，将驻车齿表面区域淬硬，控制零件淬硬层深度为3.8mm max，淬应区域见图3；控制表面组织为淬火马氏体，硬度达56.4HRC。零件芯部和花键位置组织及尺寸不受影响，保证芯部高强韧性组织及花键精度。
磁粉探伤：检测零件表面的裂纹风险。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (4)
1.一种变速箱驻车齿轮制造方法，其特征在于，包括：下料-喷丸-加热-温锻-调质-喷丸-冷整形-精车端面-拉内花键-感应表面淬火-探伤，其中的温锻加工过程进一步包括：镦粗-预成型-终成型-冲孔切边，其中镦粗过程使棒料高度降低，直径增大；预成型工序锻出部分齿形；终成型工序锻出最终所需齿形，并且多余的材料往飞边方面流动，飞边位置设定在上端面处，高于驻车齿轮的有效齿形高度，厚度值为2-4mm，保证飞边切掉后切口痕迹不影响驻车齿轮的齿形精度；最后冲孔切边得到终锻毛坯尺寸；
所述的制造方法采用中碳合金结构钢棒，碳含量为0.45％-0.60％，锰含量为1.20％-1.70％；
所述的加热，包括预热、喷涂石墨和加热，具体为：先于钢棒表面喷涂水基石墨，预热的温度为：200±10℃，加热温度为900±20℃；
所述的终锻毛坯的齿顶圆直径设置为比最终产品的齿顶圆直径DIA1小0.05-0.8mm；驻车齿轮的齿根圆直径DIA2比最终产品的齿根圆直径小0.05-0.8mm；毛坯跨棒距M值比最终产品的跨棒距M值小0.1-1.2mm；
所述的调质，选用连续推杆式调质炉，通入氮甲醇保护气氛，使炉内碳势与零件表面含碳量平衡，避免表面被氧化；加热温度800-900℃，油淬，回火温度550-650℃；调质组织为回火索氏体组织，硬度达20-30HRC；
所述的冷整形，选用高精度机械压机，常温下闭式成型，零件厚度方面的变形量△h为0-0.5mm，校形后驻车齿轮的跨棒距M值与最终成品的M值相同，齿顶圆圆度控制在0.015-0.15mm；
所述的感应表面淬火，采用高频局部加热+水基淬火液淬火工艺，将驻车齿轮的表面区域淬硬，控制零件淬硬层深度为3-4mm；控制表面组织为淬火马氏体，硬度达52-58HRC。
2.根据权利要求1所述的变速箱驻车齿轮制造方法，其特征是，所述的中碳合金结构钢棒经磨光处理，表面无氧化。
3.根据权利要求1所述的变速箱驻车齿轮制造方法，其特征是，所述的下料，采用锯料方法，控制钢棒高径比为1.8-2.2，表面经喷丸处理以去除表面氧化杂质及缺陷。
4.根据权利要求1所述的变速箱驻车齿轮制造方法，其特征是，在温锻过程中喷涂水基石墨作为润滑剂。
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