CN111720521B - 一种精密耐磨同步带轮及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密耐磨同步带轮及其制造方法。本发明一种精密耐磨同步带轮，材质为38CrMoAl，重要表面(装轴承的内孔或轴颈)精度等级6级以上，表面粗糙度≤Ra0.8；轮齿的齿形精度6级以上，齿面粗糙度≤Ra1.6，齿面硬度≥HV800。本发明精密耐磨同步带轮的制造方法，其步骤是：锻造、正火→粗加工→调质处理→半精加工→去应力回火→精加工→线切割→氮化处理→精密加工。本发明制造方法得到的同步带轮，与现有同步带轮相比，具有精度高、齿面粗糙度低、齿面硬度高等优点，从而提高了同步带轮的传动平稳性和耐磨性能，大大延长了同步带轮的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种同步带轮及其制造方法。尤其涉及一种精度高且使用寿命长的同步带轮。
背景技术
同步带轮传动具有传动准确、传动平稳、传动效率高，在恶劣环境条件下仍能正常工作，维护保养方便等优点，因此广泛运用于机床、纺织、烟草、包装、冶金等各行业。
现有的同步带轮，一般选用普通钢，齿部采用高频淬火处理，齿面硬度不够高，只有HRC55左右，耐磨性差，因此使用寿命较短：同时，同步带轮的轮齿齿形的加工主要为滚齿或成形铣刀铣齿，因此轮齿齿形的加工精度不高，只能达到7级精度，且齿面粗糙度也只能达到Ra3.2，导致传动平稳性差，因此使用寿命较短。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种精密耐磨同步带轮，它能够满足使用寿命长的要求；同时，本发明还提供了精密耐磨同步带轮的制造方法。
本发明一种精密耐磨同步带轮，材质为38CrMoAl，重要表面(装轴承的内孔或轴颈)精度等级6级以上，表面粗糙度≤Ra0.8；轮齿的齿形精度6级以上，齿面粗糙度≤Ra1.6，齿面硬度≥HV800。
本发明精密耐磨同步带轮的制造方法，其步骤是：锻造、正火→粗加工→调质处理→半精加工→去应力回火→精加工→线切割→氮化处理→精密加工。
本发明精密耐磨同步带轮的制造方法，其具体步骤为：
①锻造、正火：锻造成坯，并进行正火处理；②粗加工：齿部外圆单边留7mm～8mm余量，其余各表面单边留2mm～3mm余量；③调质处理：调质硬度≥HB269；④半精加工：齿部外圆单边留6mm～7mm余量，其余各表面单边留1mm左右的余量；⑤去应力回火：消除内部应力；⑥精加工：齿部外圆单边留5mm余量，重要表面(装轴承的内孔或轴颈)单边留0.1mm左右的余量，其余精加工至图纸要求；齿部外圆与端面垂直度≤0.03mm；⑦线切割：分两次装夹加工轮齿；⑧氮化处理：氮化层深≥0.4mm，齿面硬度≥HV800；⑨精密加工：以齿部外圆及端面为基准，加工重要表面(内孔或轴颈)至要求。
进一步地，步骤⑦线切割具体分为以下两个步骤：Ⅰ、将工件的A面放置在线切割机床的导轨上，将压紧件压在工件的B面上，线切割加工大部分轮齿，同时在齿部外圆上加工出工艺基准凸台，凸台包括正面和两边的侧面；Ⅱ、松开压紧件，转动工件，当已加工好的轮齿位于压紧件下方时，找正加工基准，再将压紧件压在工件的B面上，线切割加工剩余的轮齿。
进一步地，步骤⑦的Ⅰ中：正面∥工件的直径，且正面与工件的直径之间的距离大于工件齿顶圆的半径。
进一步地，步骤⑦的Ⅱ中：利用量表找正凸台的正面后，再用钼丝碰凸台的两个侧面，准确找正位置后，压紧件压紧在工件的B面上(避开本步骤中需要加工轮齿部分)，然后加工剩余的轮齿。
进一步地，步骤①正火处理：将锻件毛坯在860～910℃正火处理。
进一步地，步骤③调质处理：将粗加工后的同步带轮加热到910±10℃，保温120min后油冷至室温，然后在610±20℃保温3～4h后油冷至室温。
进一步地，步骤⑤去应力回火：将半精加工后的同步带轮在550～580℃回火处理。
通过本发明制造方法得到的同步带轮，与现有同步带轮相比，具有精度高、齿面粗糙度低、齿面硬度高等优点，从而提高了同步带轮的传动平稳性和耐磨性能，大大延长了同步带轮的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种精密耐磨同步带轮的示意图；
图2为图1的左视图；
图3为线切割轮齿步骤Ⅰ的夹紧、加工示意图；
图4为图3的右视图；
图5为线切割轮齿步骤Ⅱ的找正、夹紧、加工示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1、图2所示，本发明一种精密耐磨同步带轮，材质为38CrMoAl，重要表面(装轴承的内孔或轴颈)精度等级6级以上，表面粗糙度≤Ra0.8；轮齿的齿形精度6级以上，齿面粗糙度≤Ra1.6，齿面硬度≥HV800。其中，38CrMoAl属于优质氮化钢。
本发明精密耐磨同步带轮的制造方法，其步骤是：锻造、正火→粗加工→调质处理→半精加工→去应力回火→精加工→线切割→氮化处理→精密加工。
本发明精密耐磨同步带轮的制造方法，其具体步骤为：①锻造、正火：锻造成坯，并进行正火处理；②粗加工：齿部外圆单边留7mm～8mm余量，其余各表面单边留2mm～3mm余量；③调质处理：调质硬度≥HB269；④半精加工：齿部外圆单边留6mm～7mm余量，其余各表面单边留1mm左右的余量；⑤去应力回火：消除内部应力；⑥精加工：齿部外圆单边留5mm余量，重要表面(装轴承的内孔或轴颈)单边留0.1mm左右的余量，其余精加工至图纸要求；齿部外圆与端面垂直度≤0.03mm；⑦线切割：分两次装夹加工轮齿；⑧氮化处理：氮化层深≥0.4mm，齿面硬度≥HV800；⑨精密加工：以齿部外圆及端面为基准，加工内孔至要求。
步骤①正火处理：将锻件毛坯在860～910℃正火处理。正火处理为粗加工的预处理，其目的是使工件内的晶粒细化和碳化物分布均匀化，得到良好组织，且正火后的工件的机械性能也有所提高。
步骤③调质处理：将粗加工后的同步带轮加热到910±10℃，保温120min后油冷至室温，然后在610±20℃保温3～4h后油冷至室温。调质处理使工件的性能、材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，从而工件具有良好的综合机械性能。
步骤⑤去应力回火：将半精加工后的同步带轮在550～580℃回火处理。去应力回火可以去除工件的全部或部分的内应力，可以减小工件变形、开裂倾向。
步骤⑦线切割分两次进行，即先加工出大部分的轮齿，再加工出剩余的小部分轮齿。
步骤⑦线切割具体分为以下两个步骤：
步骤Ⅰ、将工件的A面放置在线切割机床的导轨上，将压紧件10压在工件的B面上，线切割加工大部分轮齿1，同时在齿部外圆4上加工出工艺基准凸台5，凸台5包括正面7和两边的侧面8，其中，正面7∥工件的直径，且正面7与工件的直径之间的距离大于工件齿顶圆的半径。保证凸台正面7的尺寸，能够确保第二次线切割时加工出轮齿。在此步骤中，压紧件直接压在工艺外圆上、压紧可靠，因此在避开压紧件10的下部的部分工件和保证加工出工艺基准凸台的前提下，尽量多地加工轮齿，使步骤Ⅱ中加工的轮齿尽量的少。
步骤Ⅱ、松开压紧件10，转动工件，当已加工好的轮齿位于压紧件10下方时，利用量表6找正凸台的正面7后，再用钼丝碰凸台的两个侧面8，准确找正位置后，将压紧件10压紧在工件的B面上，线切割加工剩余的轮齿。
因为压紧件10压紧在工件的B面，由线切割的加工方法决定，线切割无法一次性加工出轮齿。因此，在本发明中，精密耐磨同步带轮的齿部外圆直径明显加大，在精加工后齿部外圆单边还留有5mm余量。此齿部外圆为工艺外圆，其目的是方便在线切割步骤Ⅰ时加工出工艺基准凸台，保证线切割步骤Ⅱ时找正基准，由于平面的找正比轮齿齿形的找正更加方便、更加准确，因此保证了轮齿的加工质量。
步骤⑧氮化处理，优质氮化钢38CrMoAl中，Al使氮化后可得到很高的硬度及高耐磨的表层，同时，Cr使氮化后硬化层比较有韧性。
通过本发明加工方法得到的精密耐磨同步带轮，轮齿1周向均匀分布，其齿形精度6级以上，齿面粗糙度≤Ra1.6，齿面硬度HV800(HRC64)；同步带轮的内孔2用于安装轴承，其精度为6级，表面粗糙度为Ra0.8；端面3对内孔2的垂直度为0.03mm。本发明同步带轮与现有同步带轮的性能对照如表1所示。
表1
| 齿形精度 | 齿面粗糙度 | 齿面硬度 | |
| 本发明同步带轮 | ≥6级 | ≤Ra1.6 | ≥HV800 |
| 现有同步带轮 | ≤7级 | ≤Ra3.2 | HRC55 |
从上表可以看出，本发明同步带轮相对于现有同步带轮，具有齿形精度高、齿面粗糙度低、齿面硬度高的优点，从而提高了同步带轮的传动平稳性和耐磨性能，大大延长了同步带轮的使用寿命。
本发明的同步带轮并不只局限于图1、图2中所述的结构，图1、图2中所示的结构只是同步带轮的一种形式，同步带轮还有别的结构：例如同步带轮的外圆可以为阶梯形式，其中有一段外圆为轮齿，一段外圆为安装轴承的轴颈。安装轴承的轴颈和安装轴承的内孔均属于重要表面。无论同步带轮具体是什么结构，只要是通过本发明方法加工出来的同步带轮都在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种精密耐磨同步带轮，材质为38CrMoAl，装轴承的内孔或轴颈的重要表面精度等级6级以上，表面粗糙度≤Ra0.8；轮齿的齿形精度6级以上，齿面粗糙度≤Ra1.6，齿面硬度≥HV800，其制造方法是：锻造、正火→粗加工→调质处理→半精加工→去应力回火→精加工→线切割→氮化处理→精密加工：
①锻造、正火：锻造成坯，并进行正火处理；
②粗加工：齿部外圆单边留7mm～8mm余量，其余各表面单边留2mm～3mm余量；
③调质处理：调质硬度 ≥HB269；
④半精加工：齿部外圆单边留6mm～7mm余量，其余各表面单边留1mm左右的余量；
⑤去应力回火：消除内部应力；
⑥精加工：齿部外圆单边留5mm余量，重要表面单边留0.1mm左右的余量，其余精加工至图纸要求；齿部外圆与端面垂直度≤0.03mm；
⑦线切割：分两次装夹加工轮齿；
⑧氮化处理：氮化层深≥0.4mm，齿面硬度≥HV800；
⑨精密加工：以齿部外圆及端面为基准，加工重要表面至要求；
其中，步骤⑦线切割具体分为以下两个步骤：Ⅰ、将工件的A面放置在线切割机床的导轨上，将压紧件压在工件的B面上，线切割加工大部分轮齿，同时在齿部外圆上加工出工艺基准凸台，凸台包括正面和两边的侧面；Ⅱ、松开压紧件，转动工件，当已加工好的轮齿位于压紧件下方时，找正加工基准，再将压紧件压在工件的B面上，线切割加工剩余的轮齿。
2.根据权利要求1所述的精密耐磨同步带轮，其特征是：步骤⑦的Ⅰ中：正面∥工件的直径，且正面与工件的直径之间的距离大于工件齿顶圆的半径。
3.根据权利要求1所述的精密耐磨同步带轮，其特征是：步骤⑦的Ⅱ中：利用量表找正凸台的正面后，再用钼丝碰凸台的两个侧面，准确找正位置后，压紧件压紧在工件的B面上，然后加工剩余的轮齿。
4.根据权利要求1所述的精密耐磨同步带轮，其特征是：步骤①正火处理：将锻件毛坯在860～910℃正火处理。
5.根据权利要求1所述的精密耐磨同步带轮，其特征是：步骤③调质处理：将粗加工后的同步带轮加热到910±10℃，保温120min后油冷至室温，然后在610±20℃保温3～4h后油冷至室温。
6.根据权利要求1所述的精密耐磨同步带轮，其特征是：步骤⑤去应力回火：将半精加工后的同步带轮在550～580℃回火处理。
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