CN113695500A - 一种齿轮轴锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种齿轮轴锻造工艺，包括S1、原料通过电弧炉或转炉+精炼炉+真空脱气炉进行熔炼后形成钢锭模铸；S2、前期处理；S3、对前期处理后的钢锭模铸进行热处理：热处理方式为控冷+球化退火、退火、正火+高温回火；S4、对钢锭模铸进行锻造处理；S5、锻件冷却，冷却至400～450摄氏度，然后进行退火处理；S6、对锻件进行粗车、超声波探伤检验、力学性能测试，最后成品入库。能够解决了胚料成型后因热处理不当而导致其机械性能降低以及增加锻件锻造的损伤等问题，使成品的合格率高，使用寿命长，工艺流程简单，操作方便，加工均匀性好，材料损耗少，得到的产品机械性能好，结构稳定，降低了制造成本，提高生产效率和收益。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮轴锻造工艺技术领域，具体涉及一种齿轮轴锻造工艺。
背景技术
齿轮轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件，其在生产过程中必然会涉及锻造以及热处理，一般对于齿轮轴的热处理为在轴毛坯锻造后首先安排正火处理，以消除锻造内应力，细化晶粒，改善机加工时的切削性能，在粗加工后安排调质处理，半加工后在齿部等安排局部淬火处理，使之达到设计的硬度要求，保证这些表面耐磨性，而后续的精加工工序可以消除淬火变形。而锻造时要求材料不仅要有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，还应有高的抗过载能力，同时对锻造工艺提出了更高的要求。现有的齿轮轴的存在硬度、抗疲劳强度、抗过载能力难达到理想状态的问题。
同时，在齿轮轴锻造工艺中，由于工艺设计存在的各种问题，铸件的工艺周期较长，材料损耗较多，耗时耗力，制造成本高，生产效率低下，且存在制成的产品内部结构不均匀等缺陷，造成性能不稳定，质量低下，使用寿命短。
发明内容
为了解决现有技术中存在的某种或某些技术问题，本发明提供一种齿轮轴锻造工艺，能够解决了胚料成型后因热处理不当而导致其机械性能降低以及增加锻件锻造的损伤等问题，使成品的合格率高，使用寿命长，工艺流程简单，操作方便，加工均匀性好，材料损耗少，得到的产品机械性能好，结构稳定，降低了制造成本，提高生产效率和收益。
为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案：
一种齿轮轴锻造工艺，包括S1、将原料通过电弧炉(EAF)或转炉(BOF)熔炼成液体，然后导入精炼炉(LF炉)内对钢液进行终脱氧和脱硫处理，最后再通过真空脱气炉(VD/RH炉)将精炼炉内的溶液进行熔炼后形成钢锭模铸；
S2、前期处理：将钢锭模铸的表面进行打磨、抛光、滚光、除油处理，去除钢锭模铸的表面缺陷；
S3、对前期处理后的钢锭模铸进行热处理：热处理方式为控冷+球化退火、退火、正火+高温回火；
S4、对钢锭模铸进行锻造处理：所述锻造处理包括第一次锻造和第二次锻造，所述第一次锻造包括：
A1、高温回火后的钢锭模铸出炉后由操作机夹持竖直放至电液锤的砧面上进行镦粗，在上砧的锤击下使坯料的高度减小，横截面积变大，镦粗的长度与直径之比小于2.5，每次下压量为15％，停锻后坯料旋转90°采用同样的方法再次下压，直至将坯料镦粗至长规定尺寸；
A2、将镦粗后的坯料横向放在上下宽砧中间，利用电液锤将坯料拔长，然后将坯料旋转90°，采用同样的方式再次拔长成截面为正方形，直至拔长至规定规格；
A3、将拔长后的坯料放入加热炉中回炉，加热至950～1050摄氏度，并保温3～4小时；
所述第二次锻造包：
B1、将加热好的坯料采用宽砧强压法拔长，拔长过程中按照10％的压下量向下压制，然后旋转90°后用同样的方式压下，形成正方形截面，然后旋转45°，按照同样的方式将锻件截面拔长成八角；
B2、分料，在锻件的两端分别进行拔长，拔出小头，然后切下余料，再采用火焰炉一段式加热，终锻温度不小于850摄氏度；
B3、滚圆、精整、校直，精整温度不小于780摄氏度，保温时间8小时；
S5、锻件冷却，冷却至400～450摄氏度，然后进行退火处理；
S6、对锻件进行粗车、超声波探伤检验、力学性能测试，最后成品入库。
进一步地，所述真空脱气炉内的溶液通过气体保护法浇铸或真空法浇铸形成钢锭模铸。
进一步地，所述正火温度为930～950℃，然后空冷至650℃进行高温回火并保温1h。
进一步地，所述正火温度为930℃时，保温1小时候空冷至650℃进行高温回火，所述钢锭的保温时间根据所述正火温度提高而降低，所述正火温度为950℃时，在锻造温度下的最小保温时间减少为半小时。
进一步地，所述淬火的温度为830℃，回火温度为180℃且保温5h，模铸距淬火端的距离为1.5～5mm，淬透性带宽为≤3HRC或≤4HRC。
进一步地，冷却处理后的钢锭的表面缺陷允许清理，清理处采用圆滑过渡且无尖锐棱角，清除深度不超过7mm，清除的深、宽、长之比1：6：8，同一横截面上最大清除深度只允许存在1处、钢锭的水口出切净。
进一步地，在镦粗过程中发现折叠时及时拔平后再镦；发现弯曲时，先将弯曲部分压平，随后镦平端面，再在锤砧边缘锤击成规定形状，最后在锤砧中间镦粗；发现歪斜时，先将歪斜的坯料在锤砧边缘锤击一边，然后转动，锤击另一边，最后在锤砧中间镦粗。
进一步地，所述钢锭模铸锻造后采用等温正火、正火、淬火+高温回火、正火+高温回火、退火的锻后冷却方式进行热处理。新增加的锻后热处理加热设备，按SAE AMS2750E-2012标准5级要求，控制在±14℃以内。
进一步地，所述钢锭模铸锻造后采用等温正火、正火、淬火+高温回火、正火+高温回火、退火的锻后冷却方式进行热处理。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
原材料通过用电弧炉(EAF)或转炉(BOF)+精炼炉(LF炉)+真空脱气炉(VD/RH炉)进行多次熔炼后，能够有效的去除溶液中存在的全部杂质及气体，使钢水溶液的纯度达100％，然后通过气体保护法浇铸或真空法浇铸形成钢锭模铸，在对钢锭模铸进行控冷+球化退火、退火、正火+高温回火的方式热处理，能够解决了胚料成型后因热处理不当而导致其机械性能降低以及增加锻件锻造的损伤等问题，使成品的合格率高，使用寿命长，工艺流程简单，操作方便，加工均匀性好，材料损耗少，得到的产品机械性能好，结构稳定，降低了制造成本，提高生产效率和收益。
具体实施方式
下面，具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
一种齿轮轴锻造工艺，包括S1、将原料通过电弧炉(EAF)或转炉(BOF)熔炼成液体，然后导入精炼炉(LF炉)内对钢液进行终脱氧和脱硫处理，最后再通过真空脱气炉(VD/RH炉)将精炼炉内的溶液进行熔炼后形成钢锭模铸；
S2、前期处理：将钢锭模铸的表面进行打磨、抛光、滚光、除油处理，去除钢锭模铸的表面缺陷；打磨深度不超过有效尺寸的1.5％，打磨深度宽比小于1:6，用来去除钢锭的表面裂纹、凹坑、结疤、气孔等缺陷，UT检验缺陷不大于φ2；
钢锭模铸表面打磨深度应保证表面不允许有超过公称直径公差的局部缺陷，且在车削方向上，打磨的长度大于深度的5倍，打磨的宽度大于深度的5倍；表面不应有裂纹、锻伤、折叠、夹层等缺陷存在。
S3、对前期处理后的钢锭模铸进行热处理：热处理方式为控冷+球化退火、退火、正火+高温回火，炉温均匀性按SAE AMS2750E-2012标准5级要求，控制在±14℃以内。
S4、对钢锭模铸进行锻造处理：所述锻造处理包括第一次锻造和第二次锻造，所述第一次锻造包括：A1、高温回火后的钢锭模铸出炉后由操作机夹持竖直放至电液锤的砧面上进行镦粗，在上砧的锤击下使坯料的高度减小，横截面积变大，镦粗的长度与直径之比小于2.5，每次下压量为15％，停锻后坯料旋转90°采用同样的方法再次下压，直至将坯料镦粗至长规定尺寸；A2、将镦粗后的坯料横向放在上下宽砧中间，利用电液锤将坯料拔长，然后将坯料旋转90°，采用同样的方式再次拔长成截面为正方形，直至拔长至规定规格；A3、将拔长后的坯料放入加热炉中回炉，加热至950～1050摄氏度，并保温3～4小时；
钢锭出炉后由操作机夹持竖直放至电液锤的砧面上进行镦粗，在上砧的锤击下使坯料的高度减小，横截面积变大，镦粗的长度与直径之比小于2.5，每次下压量为15％，在镦粗过程中发现折叠时及时拔平后再镦；发现弯曲时，先将弯曲部分压平，随后镦平端面，再在锤砧边缘锤击成规定形状，最后在锤砧中间镦粗；发现歪斜时，先将歪斜的坯料在锤砧边缘锤击一边，然后转动，锤击另一边，最后在锤砧中间镦粗；停锻后坯料旋转90°采用同样的方法再次下压，直至将坯料镦粗至长规定尺寸，即620mm*宽620mm*高600mm，采用同样的方式再次拔长，直至拔长至规定规格，即为长440mm*宽440mm*高1200mm；
所述第二次锻造包：B1、将加热好的坯料采用宽砧强压法拔长，拔长过程中按照10％的压下量向下压制，然后旋转90°后用同样的方式压下，形成正方形截面，然后旋转45°，按照同样的方式将锻件截面拔长成八角；B2、分料，在锻件的两端分别进行拔长，拔出小头，然后切下余料，再采用火焰炉一段式加热，终锻温度不小于850摄氏度；B3、滚圆、精整、校直，精整温度不小于780摄氏度，保温时间8小时；S5、锻件冷却，冷却至400～450摄氏度，然后进行退火处理；S6、对锻件进行粗车、超声波探伤检验、力学性能测试，最后成品入库。
进一步地改进为，所述真空脱气炉内的溶液通过气体保护法浇铸或真空法浇铸形成钢锭模铸。
更进一步地改进为，所述正火温度为930～950℃，然后空冷至650℃进行高温回火并保温1h；所述正火温度为930℃时，保温1小时候空冷至650℃进行高温回火，所述钢锭的保温时间根据所述正火温度提高而降低，所述正火温度为950℃时，在锻造温度下的最小保温时间减少为半小时；所述淬火的温度为830℃，回火温度为180℃且保温5h，模铸距淬火端的距离为1.5～5mm，淬透性带宽为≤3HRC或≤4HRC。
能够使成品的奥氏体平均晶粒度达到5级及以上且晶粒粗均小于3级，不存在魏氏组织，同时带状组织≤3级，在横向酸浸低倍试片上检测后没有肉眼可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、白点、翻皮、晶间裂纹等缺陷
进一步地改进为，冷却处理后的钢锭的表面缺陷允许清理，清理处采用圆滑过渡且无尖锐棱角，清除深度不超过7mm，清除的深、宽、长之比1：6：8，同一横截面上最大清除深度只允许存在1处、钢锭的水口出切净。
进一步地改进为，在镦粗过程中发现折叠时及时拔平后再镦；发现弯曲时，先将弯曲部分压平，随后镦平端面，再在锤砧边缘锤击成规定形状，最后在锤砧中间镦粗；发现歪斜时，先将歪斜的坯料在锤砧边缘锤击一边，然后转动，锤击另一边，最后在锤砧中间镦粗。
实施例二：
在实施例一的方案中，可以将实施例1中的步骤S3去除，对钢锭模铸前期处理后直接进入步骤S4中锻造，然后再将锻造后的钢锭模铸采用等温正火、正火、淬火+高温回火、正火+高温回火、退火的锻后冷却方式进行热处理，新增加的锻后热处理加热设备，按SAEAMS2750E-2012标准5级要求，控制在±14℃以内。将整个齿轮轴的热处理放在锻造后也能够达到实施例一的效果。
上述实施方式仅为本发明发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：包括
S1、将原料通过电弧炉或转炉熔炼成液体，然后导入精炼炉内对钢液进行终脱氧和脱硫处理，最后再通过真空脱气炉将精炼炉内的溶液进行熔炼后形成钢锭模铸；
S2、前期处理：将钢锭模铸的表面进行打磨、抛光、滚光、除油处理，去除钢锭模铸的表面缺陷；
S3、对前期处理后的钢锭模铸进行热处理：热处理方式为控冷+球化退火、退火、正火+高温回火；
S4、对钢锭模铸进行锻造处理；
S5、锻件冷却，冷却至400～450摄氏度，然后进行退火处理；
S6、对锻件进行粗车、超声波探伤检验、力学性能测试，最后成品入库。
2.根据权利要求1所述的一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：所述真空脱气炉内的溶液通过气体保护法浇铸或真空法浇铸形成钢锭模铸。
3.根据权利要求1所述的一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：所述正火温度为930～950℃，然后空冷至650℃进行高温回火并保温1h。
4.根据权利要求3所述的一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：所述正火温度为930℃时，保温1小时候空冷至650℃进行高温回火，所述钢锭的保温时间根据所述正火温度提高而降低，所述正火温度为950℃时，在锻造温度下的最小保温时间减少为半小时。
5.根据权利要求4所述的一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：所述淬火的温度为830℃，回火温度为180℃且保温5h，模铸距淬火端的距离为1.5～5mm，淬透性带宽为≤3HRC或≤4HRC。
6.根据权利要求1所述的一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：冷却处理后的钢锭的表面缺陷允许清理，清理处采用圆滑过渡且无尖锐棱角，清除深度不超过7mm，清除的深、宽、长之比1：6：8，同一横截面上最大清除深度只允许存在1处、钢锭的水口出切净。
7.根据权利要求1所述的一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：在镦粗过程中发现折叠时及时拔平后再镦；发现弯曲时，先将弯曲部分压平，随后镦平端面，再在锤砧边缘锤击成规定形状，最后在锤砧中间镦粗；发现歪斜时，先将歪斜的坯料在锤砧边缘锤击一边，然后转动，锤击另一边，最后在锤砧中间镦粗。
8.根据权利要求1所述的一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：所述锻造处理包括第一次锻造和第二次锻造，所述第一次锻造包括：
A1、高温回火后的钢锭模铸出炉后由操作机夹持竖直放至电液锤的砧面上进行镦粗，在上砧的锤击下使坯料的高度减小，横截面积变大，镦粗的长度与直径之比小于2.5，每次下压量为15％，停锻后坯料旋转90°采用同样的方法再次下压，直至将坯料镦粗至长规定尺寸；
A2、将镦粗后的坯料横向放在上下宽砧中间，利用电液锤将坯料拔长，然后将坯料旋转90°，采用同样的方式再次拔长成截面为正方形，直至拔长至规定规格；
A3、将拔长后的坯料放入加热炉中回炉，加热至950～1050摄氏度，并保温3～4小时；
所述第二次锻造包：
B1、将加热好的坯料采用宽砧强压法拔长，拔长过程中按照10％的压下量向下压制，然后旋转90°后用同样的方式压下，形成正方形截面，然后旋转45°，按照同样的方式将锻件截面拔长成八角；
B2、分料，在锻件的两端分别进行拔长，拔出小头，然后切下余料，再采用火焰炉一段式加热，终锻温度不小于850摄氏度；
B3、滚圆、精整、校直，精整温度不小于780摄氏度，保温时间8小时。
9.根据权利要求1所述的一种齿轮轴锻造工艺，其特征在于：将步骤S3中的热处理放置于步骤S4的钢锭模铸锻造后，所述钢锭模铸锻造后采用等温正火、正火、淬火+高温回火、正火+高温回火、退火的锻后冷却方式进行热处理。
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