CN113732629B - 一种压力钢带的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢带加工制造技术领域，特别地，涉及一种压力钢带的制造方法，包括如下步骤：选取横截面为圆形的线材作为原料，然后将线材拉长变细以缩小线材的直径；对线材进行轧扁处理，使线材截面最终呈扁平状的矩形截面；对得到的线材进行剪切切断，得到若干段基材；将基材卷成一圈并使基材两端对齐，利用焊接的方式将基材的两端焊接在一起形成钢圈；环形轧制长度调整：对钢圈进行拉长变薄处理；对钢圈进行淬火处理，完成钢圈的加工。将多条加工完成的钢圈进行层叠装配，最终形成压力钢带。本发明从线材开始加工制造，最终直接成圈形成钢圈，由此省却了传统方法的圆环切割步骤，进而避免了激光切割或刀具切割带来的一系列弊端。

Description

一种压力钢带的制造方法

技术领域

本发明涉及钢带加工制造技术领域，特别地，涉及一种压力钢带的制造方法。

背景技术

汽车变速箱主要有AT、CVT、DCT三种，其中搭载CVT变速箱的汽车具有温和的、没有明显变档感觉的变速行驶，同时其燃油经济性好，因此近年来越来越受中国市场欢迎。压力钢带是CVT变速箱的关键零部件，它可抱紧变速箱内两个V型轮，使得动力从一个V型轮传递到另一个V型轮。当压力钢带失效没能抱紧V型轮时，汽车就会产生打滑现象，即发动机转速上升然而汽车车速没有上升。

压力钢带是9到12个长约600～700毫米、宽约8～10毫米、厚约0.15～0.18毫米的钢环，从内到外一层一层地层叠而成。压力钢带的各项性能指标极为严格，每一层的钢带长度误差必须控制在十微米以内，同时为使载荷在各层钢带上必须分布均匀，下层钢带的外表面与上层钢带内表面的半径公差应小于0.02mm，且相邻钢带间应力差应小于60MPa，最外层与最里层之间应力差为30～60Mpa。

因此，压力钢带的制造过程，包括轧制、焊接、热处理等工艺，拥有相当高的技术壁垒。如CN201410814767.8和CN201280075451.0等专利所示，目前主流的压力钢带制造方法和流程为：第一步将钢坯轧制成板材，第二步将板材卷成圆，第三步将圆状板材焊接成圆筒，第四步将圆筒做固溶(退火)处理，第五步使用激光或刀具将圆筒切割成若干个小圆环，第六步通过轧制将小圆环精确拉长(即通过轧制精确改变圆环的长度宽度厚度等尺寸)，第七步对拉长小圆环做固溶处理，第八步再对拉长小圆环进行时效和氮化处理，第九步将各圆环层叠起来组成压力钢带。

然而，上述压力钢带的制作流程中，第五步骤的切割具有极高的难度，因为切割下来的圆环宽度仅为几十毫米(典型地，宽度约为40毫米)，使用激光切割方式极易造成圆环两侧面的材料因高温而变性，使用刀具切割方式又极易造成圆环两侧边起卷或毛刺缺陷等。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种压力钢带的制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种压力钢带的制造方法，包括如下步骤：

S1、选取横截面为圆形的线材作为原料，所述线材为钢材，然后将线材拉长变细以缩小线材的直径；

S2、轧扁处理：对线材进行轧扁处理，使线材截面最终呈扁平状的矩形截面；

S3、剪切：对步骤S2中得到的线材进行剪切切断，得到若干段基材；

S4、成圈：将基材卷成一圈并使基材两端对齐，利用焊接的方式将基材的两端焊接在一起形成钢圈；

S5、环形轧制长度调整：对钢圈进行拉长变薄处理；

S6、对钢圈进行淬火处理，完成钢圈的加工。

S7、将多条加工完成的钢圈进行层叠装配，最终形成压力钢带。

采用本方案的优点在于：

首先，相比于从钢坯开始的传统压力钢带制造流程，本发明从线材开始加工制造，最终直接成圈形成钢圈，由此省却了传统方法的圆环切割步骤，进而避免了激光切割或刀具切割带来的一系列弊端。

其次，在本方案中，虽然在步骤S3也应用到了剪切步骤，但是值得说明的是，本方案中剪切后得到的基材，其剪切口位置正好是基材的两端，而后续基材的两端最终会通过焊接的方式焊接在一起，如此基材两端的剪切口形成的毛刺会在焊接过程中融入材料本身，最终形成的钢圈便不会存在毛刺等问题；而在传统的钢带制造工艺中，由于是将圆筒直接剪切成若干小圆环(即钢圈)，如此剪切口位于小圆环的轴向两端，使得小圆环两端的剪切口会出现毛刺现象，后续需要进一步的进行毛刺处理。

进一步的，所述步骤S4中，通过压力电阻焊接方式将基材的两端焊接在一起。

进一步的，步骤S2中，所述轧扁处理的方法包括如下步骤：

S21、大变形加工：使用热轧的方式将线材轧扁，使其截面呈两侧为弧形的矩形截面。

S22、第一次热处理；对热轧后的线材进行第一次热处理；

S23、冷轧：对第一次热处理后的线材进行多次反复冷轧，将线材的矩形截面轧宽轧扁，最终使其矩形截面的长度尺寸在0.4mm-0.5mm之间，厚度尺寸在10.8mm-10.9mm之间；

S24、第二次热处理：对冷轧后的线材进行第二次热处理。

进一步的，步骤S21的步骤为：将线材加温至740℃-760℃，将其截面轧制成厚为0.95mm-1.1mm之间、宽为9.5mm-11mm之间的矩形截面。

进一步的，第一次热处理的方法为：将线材加热至840℃-860℃，保温10h，然后以10℃/h以下速度进行冷却。

进一步的，第二次热处理的方法为：将线材加热至840℃-860℃，保温10h，然后以10℃/h以下速度进行冷却。

进一步的，步骤S1中，所述选取的线材为马氏体时效钢，且所选取的线材直径为4.5mm-6.5mm。

进一步的，步骤S1中，通过拉拔的方式将线材截面直径缩小至3.9mm-5.7mm之间。

进一步的，对线材进行拉细变长之前，首先对线材进行表面处理，以消除线材表面的缺陷，将线材的表面粗糙度加工至Ra0.1-Ra0.2之间。

进一步的，步骤S4中，将基材的两端焊接在一起形成钢圈后，对焊接接口进行接口热处理，所述接口热处理的步骤为：将焊接接口部位加热至其合金成分熔化成固溶体温度以上，并保持一定的时间后进行冷却处理。

本发明的其他优点和效果在具体实施方式部分进行具体阐述。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为缩径加工所采用的流水线示意图；

图3为大变形加工所采用的流水线示意图；

图4为冷轧所采用的流水线示意图；

图5为本实施例Stp1中轧制形成的线材截面图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

实施例：

如图1所示，本实施例提供一种压力钢带的制造方法，该压力钢带主要应用于汽车CVT变速箱。

所述压力钢带的制造方法主要包括如下步骤：

第一步，选取横截面为圆形的线材(也称棒材)作为原料，所述线材为钢材，具体的，所述选取的线材为马氏体时效钢，且所选取的线材直径为4.5mm-6.5mm，这里线材直径指的是线材的横截面直径。

第二步，对线材表面进行表面清理及缺陷清除，以消除线材表面的氧化层、杂质、凹坑等缺陷，将线材的表面粗糙度加工至Ra0.1-Ra0.2之间，使得线材表面达到光亮程度。在本步骤中，具体可采用砂皮、抛丸机等通用设备进行，当然也可采用侧磨机和平磨机对线材表面进行打磨，以去除线材表面的氧化层、杂质、凹坑等缺陷。

第三步，缩径加工，将线材拉长变细以缩小线材的直径，具体通过拉拔的方式将线材拉长变细，将线材截面直径缩小至3.9mm-5.7mm之间，如此以实现缩小线材圆截面面积的目的。具体的可以采用如图2所示的流水线进行加工，该流水线按照线材行进方向依次包括放线机11、圆线砂磨机12、清洗加涂防锈膜装置13、烘干装置14、拉拔机15、收线机16等设备；由放线机11释放线材，依次经圆线砂磨机12进行砂磨处理，经清洗加涂防锈膜装置13对线材表面进行清洗加涂防锈膜，经烘干装置14对线材进行烘干处理，经拉拔机15对线材进行拉拔，使之截面直径缩小至3.9mm-5.7mm，最终经收线机将拉拔完成的线材收卷起来。

需要说明的是以上设备均为市面上的现有设备，故对其具体结构和原理不做过多的赘述。

第四步，对线材进行轧扁处理，使线材截面最终呈扁平状的矩形截面，具体包括步骤(Stp1-Stp4)：

Stp1，进行大变形加工，将线材加热后通过热轧方式将线材轧扁，使其截面呈两侧为弧形的矩形截面，该截面可参照如图5所示；具体操作为，将线材加温至740℃-760℃，将其截面轧制成厚为0.95mm-1.1mm之间、宽为9.5mm-11mm之间的矩形截面，当然这里的矩形截面指的是前述的两侧为弧形的矩形截面。该步骤主要是将圆线型线材转变为宽薄带状线材。

值得说明的是，这里将线材轧制成侧边带弧形的矩形截面，目的在于为了避免线材侧边的裂开，如果是严格的矩形，从圆形变成严格的矩形时，侧边容易裂开，尤其是矩形的四个直角，应力太过于集中，故而将侧边呈弧形，可以有效避免裂开。

步骤Stp1具体可以采用如图3所示的流水线设备进行，该流水线，按照线材行进方向，依次包括自动放线机201、矫直机202、表面砂磨机203、加温炉204、1号二辊轧机205、1号张力装置206、立辊轧机207、2号张力装置208、2号二辊轧机209、3号张力装置210、十字四辊轧机211、3号二辊轧机212、4号张力装置213、二辊夹送导向机214、自动收线机等设备215。其中矫直机202实现线材由盘状向直线的校直；表面砂磨机203实现线材加热前的表面进一步清理；加温炉204可采用高频感应炉等现成设备，将线材加热到轧制所需温度；1号二辊轧机205、2号二辊轧机209、3号二辊轧机212内两个工作辊都是水平方向布置，立棍轧机207内的两辊沿竖直方向布置；张力装置(即1号、2号、3号、4号张力装置)主要是用以调节线材的张力，为实现前后轧机之间的同步，避免在前道次轧机和后道次轧机之间因钢材长度不同而引起的走丝速度不同的问题。

需要说明的是以上设备均为市面上的现有设备，故对其具体结构和原理不做过多的赘述。

Stp2，第一次热处理：对热轧后的线材进行第一次热处理，第一次热处理为固溶处理，通过固溶处理改善材料性能。具体操作为将线材加热至840℃-860℃之间，保温10h(10小时)，然后以10℃/h以下的速度进行冷却。

Stp3，冷轧，对第一次热处理后的线材进行多次(比如3-6次)反复冷轧，将线材的矩形截面轧宽轧扁，最终使其矩形截面的长度尺寸在0.4mm-0.5mm之间，厚度尺寸在10.8mm-10.9mm之间。该步骤的主要目的在于进一步轧扁线材。

步骤Stp3具体可由图4所展示的流水线进行，该流水线按照线材行进的方向依次包括放线机301、1号平立矫直机302、侧磨机303、平磨机304、1号张力装置305、辊模十字轧机306、二辊轧机307、2号张力装置308、万能十字轧机309、3号张力装置310、烘干装置311、2号立平矫直机312、4号张力装置313、导向装置314、收线机315等设备。

本步骤中：1号立平矫直机302用于将线材进行拉直，侧磨机303、平磨304机，对拉直后的线材进行表面清理，例如去除氧化层等，侧磨机303负责线材的两个侧面清理，平磨机304负责钢带的上下两面清理；1-4号张力装置，用以调节线材的张力。因为线材从头到尾是连贯地轧过去的，是一条连续的线。经过某处轧机的时候，线材肯定会变薄同时变长，导致此处轧机前、后的线材速度和张力都发生变化，严重时，前部分线材和后部分线材速度差异较大时，甚至有可能导致线材撕裂拉断；张力装置就是用于调整钢带速度和张力的，以保证轧制的连续性；辊模十字轧机306和万能十字轧机309均用于线材厚度方向和宽度方向的轧制；二辊轧机30用于对线材厚度方向进行轧制。

Stp4、第二次热处理：对冷轧后的线材进行第二次热处理，第二次热处理为固溶处理，通过固溶处理改善材料性能。具体操作为将冷轧后的线材加热至840℃-860℃之间，保温10h(10小时)，然后以10℃/h以下的速度进行冷却。

第五步，剪切：对第四步中得到的线材进行剪切切断，具体的是经第二次热处理后的线材进行剪切切断，得到若干段基材；这里的剪切切断是沿线材的长度依次剪断，得到的基材呈一段一段的带状，以供后续卷绕成圈。至于每段基材的长度，可按照钢带最终成品的体积(即钢带最终成品截面面积乘以钢带最终成品长度)除以本步骤基材截面面积得到。

第六步，成圈：将基材卷成一圈并使基材两端对齐，利用焊接的方式将基材的两端焊接在一起形成钢圈；这里的焊接方式可以采用激光焊接，也可以采用压力电阻焊接方式将基材的两端焊接在一起；优选的是采用压力电阻焊接方式，原因在于，若采用激光焊接的方式，在焊接路径上，焊接起点位置和焊接终点位置与焊接中间部分会出现焊接不均匀的情况，使得最终焊接区域不够稳定，而采用压力电阻焊接方式，其原理是将基材的两端部对齐整，然后施加压力并通过电流，利用电流流经两端部接触面产生的电阻热效应，使两端部熔化进而结合在一起，如此便不会出现激光焊接方式存在的焊接不稳定的情况。

值得说明的是，本方案可以采用压力电阻焊接的方式还在于，本方案中，由于是直接焊接基材的两端，而基材的宽度较窄，故而可以很好的采用压力电阻焊接的方式进行焊接；对于传统方法中的压力钢带制造过程中，这种压力电阻焊接的方式就难以适用，传统方法制造压力钢带时，其采用的是将平面板材卷起一圈并使板材两端对齐然后利用焊接的方式将其两端焊接在一起，最终形成圆筒，最后，再对圆筒进行裁切，将其切成若干小圆环，由该方法可知，焊接成圆筒时，焊接路径的长度即为圆筒的轴向长度，而圆筒一般较长，故而使得焊接路径也较长，此时若想采用压力电阻焊接的方式进行焊接，一来操作较为复杂，二来需要提供非常大的电流才可实现焊接，故而压力电阻焊接这种方式在传统方法制造压力钢带中难以适用。

第七步，接口热处理，目的为改变焊接部位的材料特定性，具体步骤为：基材的两端焊接在一起形成钢圈后，对焊接接口进行接口热处理，所述接口热处理的步骤为：将焊接接口部位加热至其合金成分熔化成固溶体温度以上(例如820℃以上)，并保持一定的时间(例如2小时)后进行冷却处理。

第八步、环形轧制长度调整：对钢圈进行拉长变薄处理，具体的，将钢圈进一步拉长、变薄，并精确控制其长度与厚度两项参数。例如将钢带架设到对向的两个辊上，一边检测两个辊之间的间隔，一边进行张力调整。周长调整后，误差应控制在十几个um左右。

第九步、表面淬火，即对钢圈进行淬火处理，以改善钢圈的表面性能，通过时效处理，使合金元素析出，确保规定的硬度。通过400℃-500℃之间的氮化处理，在钢圈表面形成规定深度(一般指30um)的氮化层。

至此，单条钢圈的加工完成，后续工序主要将多条钢圈进行过盈层叠装配，最终形成CVT钢带成品。

后续工艺依次包括：

检验筛选：对单条钢圈的尺寸检测，包括钢圈的长度、宽度、厚度三项尺寸，并根据检测结果将钢圈一一分类，为后续的层叠装配做铺垫。

层叠：将筛选出来的符合尺寸要求的多条钢圈(一般9-12条)进行过盈层叠装配，具体挑选从内周侧向外周侧周长变大的钢圈层叠，一般下层的钢圈的外表面与上层钢圈的内表面的半径公差应小于0.02mm，最外层与最里层之间应力差为30MPa-60MPa；至此最终形成压力钢带。

出厂检测：检测上述步骤得到的压力钢带是否符合出厂标准，主要指标包括：压力钢带承受扭矩不低于255牛米(Nm)，屈服强度不低于2200MPa，抗拉强度不低于2300MPa，107周疲劳极限不低于750MPa，显微硬度不低于680HV。

本方案中，首先，相比于从钢坯开始的传统压力钢带制造流程，本发明从线材开始加工制造，最终直接成圈形成钢圈，由此省却了传统方法的圆环切割步骤，进而避免了激光切割或刀具切割带来的一系列弊端。

其次，在本方案中，虽然在步骤S3也应用到了剪切步骤，但是值得说明的是，本方案中剪切后得到的基材，其剪切口位置正好是基材的两端，而后续基材的两端最终会通过焊接的方式焊接在一起，如此基材两端的剪切口形成的毛刺会在焊接过程中融入材料本身，最终形成的钢圈便不会存在毛刺等问题；而在传统的钢带制造工艺中，由于是将圆筒直接剪切成若干小圆环(即钢圈)，如此剪切口位于小圆环的轴向两端，使得小圆环两端的剪切口会出现毛刺现象，后续需要进一步的进行毛刺处理。

以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种压力钢带的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选取横截面为圆形的线材作为原料，所述线材为钢材，然后将线材拉长变细以缩小线材的直径；

S2、轧扁处理：对线材进行轧扁处理，使线材截面最终呈扁平状的矩形截面；

S3、剪切：对步骤S2中得到的线材进行剪切切断，得到若干段基材；

S4、成圈：将基材卷成一圈并使基材两端对齐，利用焊接的方式将基材的两端焊接在一起形成钢圈；

S5、环形轧制长度调整：对钢圈进行拉长变薄处理；

S6、对钢圈进行淬火处理，完成钢圈的加工；

S7、将多条加工完成的钢圈进行层叠装配，最终形成压力钢带；

步骤S2中，所述轧扁处理的方法包括如下步骤：

S21、大变形加工：使用热轧的方式将线材轧扁，使其截面呈两侧为弧形的矩形截面；

S22、第一次热处理；对热轧后的线材进行第一次热处理；

S23、冷轧：对第一次热处理后的线材进行多次反复冷轧，将线材的矩形截面轧宽轧扁，最终使其矩形截面的长度尺寸在0.4mm-0.5mm之间，厚度尺寸在10.8mm-10.9mm之间；

S24、第二次热处理：对冷轧后的线材进行第二次热处理。

2.根据权利要求1所述的一种压力钢带的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过压力电阻焊接方式将基材的两端焊接在一起。

3.根据权利要求1所述的一种压力钢带的制造方法，其特征在于，步骤S21的步骤为：将线材加温至740℃-760℃，将其截面轧制成厚为0.95mm-1.1mm之间、宽为9.5mm-11mm之间的矩形截面。

4.根据权利要求1所述的一种压力钢带的制造方法，其特征在于，第一次热处理的方法为：将线材加热至840℃-860℃，保温10h，然后以10℃/h以下速度进行冷却。

5.根据权利要求1所述的一种压力钢带的制造方法，其特征在于，第二次热处理的方法为：将线材加热至840℃-860℃，保温10h，然后以10℃/h以下速度进行冷却。

6.根据权利要求1所述的一种压力钢带的制造方法，其特征在于，步骤S1中，所述选取的线材为马氏体时效钢，且所选取的线材直径为4.5mm-6.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种压力钢带的制造方法，其特征在于，步骤S1中，通过拉拔的方式将线材截面直径缩小至3.9mm-5.7mm之间。

8.根据权利要求1所述的一种压力钢带的制造方法，其特征在于，步骤S1中，对线材进行拉细变长之前，首先对线材进行表面处理，以消除线材表面的缺陷，将线材的表面粗糙度加工至Ra0.1-Ra0.2之间。

9.根据权利要求1所述的一种压力钢带的制造方法，其特征在于，步骤S4中，将基材的两端焊接在一起形成钢圈后，对焊接接口进行接口热处理，所述接口热处理的步骤为：将焊接接口部位加热至其合金成分熔化成固溶体温度以上，并保持一定的时间后进行冷却处理。

Images