CN114472782B - 输出齿轮轴锻造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及输出齿轮轴锻造工艺，工艺步骤包括以下几步，热轧圆钢下料、加热、去除氧化皮、预锻、利用终锻模具进行终锻、正回火、抛丸、半精加工、UT检验、精加工和渗碳处理，整个工艺设计合理，通过设计独特的终锻模具以及配合锻造工艺，实现以锻造为主加工出齿轮轴，尤其是通过锻造的方式将齿轮轴的齿部齿形锻造成型，与传统工艺(采用滚齿机加工齿轮)相比，不仅节省了原材料，而且显著提高了齿轮轴加工效率。

Description

输出齿轮轴锻造工艺
技术领域
本发明涉及齿轮轴加工技术领域，具体涉及输出齿轮轴锻造工艺。
背景技术
齿轮轴是指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，包括一体加工成型的轴部和齿轮部。齿轮轴是风力发电机上最为重要的器件之一，通过齿轮轴上的齿轮与发电机内部的齿轮相互啮合，带动机体转动发电。现有齿轮轴对于其齿形的加工主要采用滚齿机加工而成，这种加工方式虽然能够实现齿形的加工，但加工效率较低，原材料用料多。因此，有必要对现有输出轴的加工方法进行改进，显著提高加工效率，节省原材料。
需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供输出齿轮轴锻造工艺，具有工艺设计合理、加工效率高、节能原材料等优点。
本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：
输出齿轮轴锻造工艺，包括以下步骤：
步骤1，用热轧圆钢作为原材料，对热轧圆钢下料获得棒料；
步骤2，对棒料进行加热，去除氧化皮；
步骤3，对棒料端部进行预锻镦粗，得到毛坯件；
步骤4，设计终锻模具，利用终锻模具对毛坯件进行终锻齿形加工，通过终锻齿形加工在毛坯件上锻造出需要的齿形，得到齿轮轴毛坯；
所述终锻模具包括配合使用的上模具和下模具，所述上模具的下端面边部间隔设有多个限位凸起，所述下模具的上端面边部设有与限位凸起配合的限位凹槽，所述上模具的下端面中心设有上齿轮模腔，所述下模具的上端面中心设有下齿轮模腔，所述上齿轮模腔与下齿轮模腔配合构成齿轮模腔，所述上模具的下端面上设有上余料收集凹槽，所述下模具的上端面上设有下余料收集凹槽，所述上余料收集凹槽与下余料收集凹槽配合构成余料收集腔，所述上余料收集凹槽和下余料收集凹槽的内边设计成内齿轮状，所述下模具中心设有轴腔，所述轴腔与下齿轮模腔连通；
步骤5，对齿轮轴毛坯依次进行正回火处理和抛丸处理；
步骤6，对齿轮轴毛坯进行半精加工，得到齿轮轴半精加工品，对齿轮轴半精加工品进行UT检验，检验合格后对齿轮轴半精加工品进行精加工，得到齿轮轴精加工品；
步骤7，对齿轮轴精加工品进行渗碳处理，得到齿轮轴成品。
进一步地，步骤1中，所述热轧圆钢采用18CrNiMo7-6材料制成。
进一步地，步骤2中，需要将棒料加热到1200~1300℃，然后用氧化皮去除设备将棒料上的氧化皮去除。
进一步地，步骤3中，使用平锻机对棒料端部进行预锻镦粗，预锻镦粗的温度范围为1000~1080℃。
进一步地，所述终锻模具采用5CrNiMo模具钢加工而成。
进一步地，步骤4中，终锻温度不低于1000℃。
进一步地，步骤4中，所述轴腔包括锥形段和圆柱形段两部分。
进一步地，步骤5中，将齿轮轴毛坯放置到加热炉内，以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至710±5℃保温2～2 .5小时，然后再以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至950±5℃保温6～6 .5小时，然后空冷至300℃以下；将正火完成的齿轮轴毛坯重新放入到加热炉中，以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至680℃，并保持10～12h，然后空冷至室温。
进一步地，步骤5中，所述抛丸处理时间为5~7分钟，丸料的流量为110~150千克/分钟，抛丸速度55~60米/秒。
进一步地，步骤6中，UT检验按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级。
进一步地，步骤7中，所述渗碳的温度为945～955℃，所述渗碳前的升温速率为0.9~1.4℃/分，所述渗碳的保温时间为76~84h。
本发明采用上述技术方案，能够带来如下有益效果：
通过设计独特的终锻模具以及配合锻造工艺，实现以锻造为主加工出齿轮轴，尤其是通过锻造的方式将齿轮轴的齿部齿形锻造成型，与传统工艺（采用滚齿机加工齿轮）相比，不仅节省了原材料，而且显著提高了齿轮轴加工效率。
附图说明：
图1为本发明锻造模具的结构示意图；
图2为图1中的A-A向剖视图；
图3为本发明上模具的结构示意图；
图4为本发明下模具的结构示意图；
图5为本发明毛坯件的结构示意图；
图6为本发明齿轮轴毛坯的结构示意图；
图中，1、上模具，2、下模具，3、限位凸起，4、限位凹槽，5、上齿轮模腔，6、下齿轮模腔，7、齿轮模腔，8、上余料收集凹槽，9、下余料收集凹槽，10、余料收集腔，11、内齿轮状，12、轴腔，1201、锥形段，1202、圆柱段，13、毛坯件，14、齿轮轴毛坯。
具体实施方式：
为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
在本发明中，术语“上端”、“下端”、“边部”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的位置。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“设置”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，“设有”和“设置”可以是固定安装，也可以是可拆卸安装，或成一体；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-6所示，输出齿轮轴锻造工艺，包括以下步骤：
步骤1，用热轧圆钢作为原材料，对热轧圆钢下料获得棒料；
步骤2，对棒料进行加热，去除氧化皮；
步骤3，对棒料端部进行预锻镦粗，得到毛坯件13；
步骤4，设计终锻模具，利用终锻模具对毛坯件13进行终锻齿形加工，通过终锻齿形加工在毛坯件13上锻造出需要的齿形，得到齿轮轴毛坯14；
所述终锻模具包括配合使用的上模具1和下模具2，所述上模具1的下端面边部间隔设有多个限位凸起3，所述下模具2的上端面边部设有与限位凸起3配合的限位凹槽4，所述上模具1的下端面中心设有上齿轮模腔5，所述下模具2的上端面中心设有下齿轮模腔6，所述上齿轮模腔5与下齿轮模腔6配合构成齿轮模腔7，所述上模具1的下端面上设有上余料收集凹槽8，所述下模具2的上端面上设有下余料收集凹槽9，所述上余料收集凹槽8与下余料收集凹槽9配合构成余料收集腔10，所述上余料收集凹槽8和下余料收集凹槽9的内边设计成内齿轮状11，所述下模具2中心设有轴腔12，所述轴腔12与下齿轮模腔6连通；
步骤5，对齿轮轴毛坯14依次进行正回火处理和抛丸处理；
步骤6，对齿轮轴毛坯14进行半精加工，得到齿轮轴半精加工品，对齿轮轴半精加工品进行UT检验，检验合格后对齿轮轴半精加工品进行精加工，得到齿轮轴精加工品；
步骤7，对齿轮轴精加工品进行渗碳处理，得到齿轮轴成品。通过设计独特的终锻模具以及配合锻造工艺，实现以锻造为主加工出齿轮轴，尤其是通过锻造的方式将齿轮轴的齿部齿形锻造成型，与传统工艺（采用滚齿机加工齿轮）相比，不仅节省了原材料，而且显著提高了齿轮轴加工效率。
进一步地，步骤1中，所述热轧圆钢采用18CrNiMo7-6材料制成。18CrNiMo7-6材料具有高抗弯强度、接触疲劳强度，还具有高的硬度和耐磨性，心部具有高的硬度和韧性，综合机械性能较高等优点，能够满足输出齿轮轴的各项性能要求。
进一步地，步骤2中，需要将棒料加热到1200~1300℃，优选的将棒料加热到1250℃，然后用氧化皮去除设备将棒料上的氧化皮去除，这里的氧化皮去除设备属于现有技术，直接采购即可。氧化皮使锻件表面粗糙，锻打时如果不及时去除氧化皮，氧化皮锻打压入锻件内，严重的会成为废品，本申请在锻造之前去除氧化皮，有效消除氧化皮对锻造带来的不利影响。
进一步地，步骤3中，使用平锻机对棒料端部进行预锻镦粗，预锻镦粗的温度范围为1000~1080℃。加工出毛坯件13。
进一步地，所述终锻模具采用5CrNiMo模具钢加工而成。5CrNiMo模具钢是热作模具钢是合金元素含量较低的合金工具钢，也是传统的锤锻模具钢，具有良好的韧性、强度和耐磨性、淬透性，适用于制作形状复杂、冲击负荷重的各种大、中型锤锻模。
进一步地，步骤4中，终锻温度不低于1000℃。确保终锻效果。
进一步地，步骤4中，所述轴腔包括锥形段和圆柱形段两部分。具有承受冲击能力强的优点，可有效防止轴部因锻造产生弯曲。确保锻造质量。
进一步地，步骤5中，将齿轮轴毛坯14放置到加热炉内，以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至710±5℃保温2～2 .5小时，然后再以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至950±5℃保温6～6 .5小时，然后空冷至300℃以下；将正火完成的齿轮轴毛坯14重新放入到加热炉中，以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至680℃，并保持10～12h，然后空冷至室温。改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
进一步地，步骤5中，所述抛丸处理时间为5~7分钟，丸料的流量为110~150千克/分钟，抛丸速度55~60米/秒。清理和强化齿轮轴毛坯14表面。
进一步地，步骤6中，UT检验按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级。
进一步地，步骤7中，所述渗碳的温度为945～955℃，所述渗碳前的升温速率为0.9~1.4℃/分，所述渗碳的保温时间为76~84h。提高齿轮轴表层硬度的同时，保证芯部保持一定的韧性。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.输出齿轮轴锻造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，用热轧圆钢作为原材料，对热轧圆钢下料获得棒料，所述热轧圆钢采用18CrNiMo7-6材料制成；
步骤2，需要将棒料加热到1200~1300℃，然后用氧化皮去除设备将棒料上的氧化皮去除；
步骤3，对棒料端部进行预锻镦粗，得到毛坯件，使用平锻机对棒料端部进行预锻镦粗，预锻镦粗的温度范围为1000~1080℃；
步骤4，设计终锻模具，利用终锻模具对毛坯件进行终锻齿形加工，通过终锻齿形加工在毛坯件上锻造出需要的齿形，得到齿轮轴毛坯，终锻模具采用5CrNiMo模具钢加工而成，终锻温度不低于1000℃；
所述终锻模具包括配合使用的上模具和下模具，所述上模具的下端面边部间隔设有多个限位凸起，所述下模具的上端面边部设有与限位凸起配合的限位凹槽，所述上模具的下端面中心设有上齿轮模腔，所述下模具的上端面中心设有下齿轮模腔，所述上齿轮模腔与下齿轮模腔配合构成齿轮模腔，所述上模具的下端面上设有上余料收集凹槽，所述下模具的上端面上设有下余料收集凹槽，所述上余料收集凹槽与下余料收集凹槽配合构成余料收集腔，所述上余料收集凹槽和下余料收集凹槽的内边设计成内齿轮状，所述下模具中心设有轴腔，所述轴腔与下齿轮模腔连通；
步骤5，对齿轮轴毛坯依次进行正回火处理和抛丸处理，将齿轮轴毛坯放置到加热炉内，以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至710±5℃保温2～2.5小时，然后再以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至950±5℃保温6～6.5小时，然后空冷至300℃以下；将正火完成的齿轮轴毛坯重新放入到加热炉中，以≤150℃/h的加热速率将锻件加热至680℃，并保持10～12h，然后空冷至室温；
步骤6，对齿轮轴毛坯进行半精加工，得到齿轮轴半精加工品，对齿轮轴半精加工品进行UT检验，检验合格后对齿轮轴半精加工品进行精加工，得到齿轮轴精加工品；
步骤7，对齿轮轴精加工品进行渗碳处理，得到齿轮轴成品。
2.根据权利要求1所述的输出齿轮轴锻造工艺，其特征在于，所述轴腔包括锥形段和圆柱形段两部分。
3.根据权利要求2所述的输出齿轮轴锻造工艺，其特征在于，进一步地，步骤5中，所述抛丸处理时间为5~7分钟，丸料的流量为110~150千克/分钟，抛丸速度55~60米/秒。
4.根据权利要求3所述的输出齿轮轴锻造工艺，其特征在于，步骤6中，UT检验按照EN10228-3标准执行，质量等级不低于4级。
5.根据权利要求4所述的输出齿轮轴锻造工艺，其特征在于，步骤7中，所述渗碳的温度为945～955℃，所述渗碳前的升温速率为0.9~1.4℃/分，所述渗碳的保温时间为76~84h。
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