CN114799778B - 一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺 - Google Patents

一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺，包括以下步骤：备料；热锻成形；第一次抛丸处理；退火；车飞边；第二次抛丸处理；表面润滑处理；冷挤压精整成形；调质处理；第一道精车；感应淬火和回火；磁粉探伤；表面清理；第一次清洗；第二道精车；拉花键；第二次清洗；激光打标；分选检验；超声波清洗；成品检验；包装；入库。本发明的有益效果是，本技术方案综合考虑各种影响产品质量的因素，设计了对应的解决工序，工艺合理，可以用来生产直径大，厚度薄，齿数多，余量小且齿形精度要求高的驻车齿轮，有效控制了产品缺陷的产生，保证了产品的精度、质量要求以及合格率。

Description

一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺
技术领域
本发明涉及齿轮加工技术领域，特别是一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺。
背景技术
针对直径大，厚度薄，齿数多的驻车齿轮，利用现有的设备和工艺，有两种方法来加工，一是通过机加工，成品在齿部的金属流线被切断，不能保证产品的使用强度，切削成形齿部也造成了材料的浪费；二是通过温热段加冷挤压精整的工艺成形齿部，温热锻难以保证齿部的表面精度，现有的工艺在冷挤压精整前，通过磷皂化处理对工件表面进行润滑，磷化处理在锻件表面形成一层致密的蜂窝状磷化膜，便于润滑剂附着，但是附磷层在后续精整、调质、机加工以及高频淬火等工序没办法有效去除，会在工件齿两侧和齿顶有白亮层，这种磷白层会导致工件齿面产生剥落，影响齿形精度。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺，包括以下步骤：
步骤一：备料；
步骤二：热锻成形；
步骤三：第一次抛丸处理；
步骤四：退火；
步骤五：车飞边；
步骤六：第二次抛丸处理；
步骤七：表面润滑处理；
步骤八：冷挤压精整成形；
步骤九：调质处理；
步骤十：第一道精车；
步骤十一：感应淬火和回火；
步骤十二：磁粉探伤；
步骤十三：表面清理；
步骤十四：第一次清洗；
步骤十五：第二道精车；
步骤十六：拉花键；
步骤十七：第二次清洗；
步骤十八：激光打标；
步骤十九：分选检验；
步骤二十：超声波清洗；
步骤二十一：成品检验；
步骤二十二：包装；
步骤二十三：入库。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤一中，备料，包含下料和倒角，下料过程是将棒材通过下料机切割成所需的毛坯长度，毛坯长度和直径要根据中频炉的规格来设计，长度和直径比范围为1.3～2.5，倒角是在圆柱形毛坯料两个端面倒角，用来定位和去除下料产生的毛刺，定位倒角范围C1～C3，去除毛刺的倒角范围C0～C1。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤二中，预涂石墨浓度为1.01～1.014g/cm3，脱模剂浓度为1.017～1.021g/cm3，热锻成形包含四个工位，预成形1-预成形2-终成形-冲孔，考虑到毛坯的尺寸较大，单工位成形或者一步预成形，都会导致金属变形超过成形极限，设计了两步预成形，预成形1的形状为鼓形，预成形2的形状为饼状，饼的最大直径比最终锻件齿大径小15±5mm，饼的厚度比最终锻件大1～2mm。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤三中，采用0.5mm的钢砂，电流16A≤I≤24A，时间8～10min，去除热锻产生的氧化皮以及脱模剂附着物，所述步骤四中，将锻件硬度控制在160～220HBW，脱碳层厚度≤0.3mm。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤五中，保证锻件端面平行度≤0.1，加工面粗糙度要求为Ra3.2，所述步骤六中，采用0.4mm的钢砂，电流16A≤I≤24A,时间4～6min，去除车飞边产生的毛刺以及退火产生的氧化皮。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤七中，润滑剂与水的配比范围为1：2～1：5，润滑剂浓度低会导致锻件齿部拉毛，影响工件质量，润滑剂浓度过高会导致润滑剂粘到齿部，影响工件外观，并且提高了生产成本，润滑后工件需及时冷挤压精整成形，停滞4小时必须进行遮盖保护，停滞8小时以上必须重新润滑才可流转，所述步骤八中，成形齿轮表面粗糙度要求为Rz10，所述步骤九中，将锻件硬度控制在280～350HV。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤十中，包括车凹面、镗孔、倒角、车凸面，考虑到感应淬火和回火工序导致的热变形，最终尺寸要靠近下差来补偿变形量，所述步骤十一中，是将锻件表面硬度控制在≥650HV，心部硬度控制在280～350HV，晶粒度为3～7级。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤十三中，清除工件齿面异物，显露金属本色，所述步骤十四中，无清洁度要求，主要是清洗铁屑，油污，所述步骤十五中，此过程，由于经过感应淬火和回火后，锻件产生热变形，凹面和凸面尺寸补偿不回来的要进行第二道精车。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤十六中，花键齿侧粗糙度要求为Ra3.2，花键齿根粗糙度要求为Ra1.6，所述步骤十七中，无清洁度要求，主要是清洗铁屑，油污。
作为本技术方案的进一步描述，所述步骤十九中，将锻件的关键特性尺寸进行百检，所述步骤二十中，采用清洗/淋油一体机，清洁度要求≤0.4mg/件，所述步骤二十一中，抽检5件/批进行全尺寸检测。
其有益效果在于，1.本技术方案设计了两个工位进行预成形，避免毛坯在预成形时的变形量大，超过成形极限，设计在锻造工序完成齿部成形，齿部金属流线完整连续，沿齿部轮廓分布，改善了齿根的抗弯强度和齿面的接触疲劳。
2.通过退火工序消除了热锻工件内部的残余应力，降低了锻件硬度，有利于后续的车飞边工序。
3.通过表面润滑处理代替磷皂化处理，消除了热处理后在锻件表面产生的磷白层，减少了冷挤压精整前磷化工序和精整后表面清理工序，提高生产效率。
4.通过设计了两道精车工序，用来补偿和校正感应淬火和回火产生的不可控变形量。
5.设置磁粉探伤以及两道检验工序，有效避免残次品的流出。
6.综合考虑各种影响产品质量的因素，设计了对应的解决工序，工艺合理，可以用来生产直径大，厚度薄，齿数多，余量小且齿形精度要求高的驻车齿轮，有效控制了产品缺陷的产生，保证了产品的精度、质量要求以及合格率。
附图说明
图1是本发明的加工工艺流程图；
图2是本发明热锻工序各工位锻件图；
图3是本发明车飞边后的锻件；
图4是本发明拉花键后的锻件。
图中，a、毛坯；b、一工位预成形锻件；c、二工位预成形锻件；d、成形锻件；e、冲孔锻件；Ⅰ、飞边；Ⅱ、凸面；Ⅲ、凹面。
具体实施方式
首先说明本发明的设计初衷，针对直径大，厚度薄，齿数多的驻车齿轮，利用现有的设备和工艺，现有的工艺在冷挤压精整前，通过磷皂化处理对工件表面进行润滑，磷化处理在锻件表面形成一层致密的蜂窝状磷化膜，便于润滑剂附着，但是附磷层在后续精整、调质、机加工以及高频淬火等工序没办法有效去除，会在工件齿两侧和齿顶有白亮层，这种磷白层会导致工件齿面产生剥落，影响齿形精度，因此，本发明设计了一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺。
本实施例以某汽车变速器中的驻车齿轮为例，说明本发明中的中碳钢驻车齿轮的加工工艺，原材料选用中碳钢C60，驻车齿轮成品直径Φ130mm，厚度为10mm，齿数16个。
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-图4所示，一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺，包括以下步骤：
步骤一：备料；此过程包含下料和倒角，根据锻件尺寸设计加工余量，再加上加工损耗，依据体积不变原理反推毛坯体积，选择毛坯的长度和直径比为1.3，倒角只用来去毛刺，尺寸为C1。
步骤二：热锻成形；此过程中，预热温度200±15℃，预涂石墨浓度1.012g/cm3，加热温度为1200±30℃，脱模剂浓度1.02g/cm3，热锻包含四个工位，预成形1-预成形2-终成形-冲孔，预成形1的形状为鼓形，预成形2的形状为饼状，饼的最大直径比最终锻件齿大径小20mm，饼的厚度比最终锻件大1.5mm。
步骤三：第一次抛丸处理；此过程中，采用0.5mm的钢砂，电流I＝22A，时间8min，此过程，去除热锻产生的氧化皮以及脱模剂附着物。
步骤四：退火；此过程中，送去理化室，在锻件表面选取均布的五个点，测量锻件硬度，结果为185HBW、190HBW、188HBW、193HBW、195HBW，脱碳层厚度为0.15mm。
步骤五：车飞边；此过程中，锻件端面平行度为0.05，加工面粗糙度为Ra1.832。
步骤六：第二次抛丸处理；此过程中，采用0.4mm的钢砂，电流I＝22A，时间6min，此过程中，去除车飞边产生的毛刺以及退火产生的氧化皮。
步骤七：表面润滑处理；此过程中，润滑剂与水的配比为1：3，4个小时内完成冷挤压精整成形，润滑剂浓度低会导致锻件齿部拉毛，影响工件质量，润滑剂浓度过高会导致润滑剂粘到齿部，影响工件外观，并且提高了生产成本。
步骤八：冷挤压精整成形；此过程中，选择三个齿，用粗糙度仪测量表面粗糙度为Rz8.023、Rz7.524、Rz6.233。
步骤九：调质处理；此过程中，送去理化室，测量锻件硬度，在锻件表面选取均布的五个测量点，结果为302HV、318HV、310HV、315HV、309HV。
步骤十：第一道精车；此过程中，包括车凹面、镗孔、倒角、车凸面，考虑到感应淬火和回火工序导致的热变形，最终尺寸要靠近下差来补偿变形量。
步骤十一：感应淬火和回火；此过程中，送去理化室，测量锻件硬度，在锻件表面选取均布的五个测量点，结果为660HV、665HV、667HV、658HV、668HV，切割锻件，在锻件心部选取均布的五个测量点，心部硬度控制在312HV、315HV、313HV、318HV、313HV，晶粒度为5级。
步骤十二：磁粉探伤；此过程中，检测锻件上的裂纹，夹渣，发纹等缺陷。
步骤十三：表面清理；此过程中，清除工件齿面异物，显露金属本色。
步骤十四：第一次清洗；此过程中，无清洁度要求，清除表面油渍、铁屑等异物。
步骤十五：第二道精车；此过程中，凸面尺寸公差小，补偿不回来由感应淬火和回火导致的变形量，需要进行第二道精车车凸面。
步骤十六：拉花键；此过程中，选择三个齿，用粗糙度仪测量花键齿侧粗糙度为Ra2.156、Ra1.955、Ra1.753，花键齿根粗糙度为Ra1.001，Ra1.053，Ra1.151。
步骤十七：第二次清洗；此过程中，无清洁度要求，主要是清洗铁屑，油污。
步骤十八：激光打标；此过程中，将明码和二维码通过激光打标机刻在锻件凸面。
步骤十九：分选检验；此过程中，采用花键通规对锻件花键处的精度进行百检，花键综合精度要求INT44Z*0.793，花键通规顺利通过花键槽，通过分选。
步骤二十：超声波清洗；此过程中，采用清洗/淋油一体机，清洁度为0.2mg/件。
步骤二十一：成品检验；此过程中，抽检5件/批进行全尺寸检测，均在公差范围内，产品合格。
步骤二十二：包装；通过包括托盘、顶盖、防锈袋、干燥剂、打包带、缠绕膜进行包装。
步骤二十三：入库。
本技术方案设计了两个工位进行预成形，避免毛坯在预成形时的变形量大，超过成形极限，设计在锻造工序完成齿部成形，齿部金属流线完整连续，沿齿部轮廓分布，改善了齿根的抗弯强度和齿面的接触疲劳。
通过退火工序消除了热锻工件内部的残余应力，降低了锻件硬度，有利于后续的车飞边工序。
通过表面润滑处理代替磷皂化处理，消除了热处理后在锻件表面产生的磷白层，减少了冷挤压精整前磷化工序和精整后表面清理工序，提高生产效率。
通过设计了两道精车工序，用来补偿和校正感应淬火和回火产生的不可控变形量。
设置磁粉探伤以及两道检验工序，有效避免残次品的流出。
综合考虑各种影响产品质量的因素，设计了对应的解决工序，工艺合理，可以用来生产直径大，厚度薄，齿数多，余量小且齿形精度要求高的驻车齿轮，有效控制了产品缺陷的产生，保证了产品的精度、质量要求以及合格率。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：备料；
步骤二：热锻成形；
步骤三：第一次抛丸处理；
步骤四：退火；
步骤五：车飞边；
步骤六：第二次抛丸处理；
步骤七：表面润滑处理；
步骤八：冷挤压精整成形；
步骤九：调质处理；
步骤十：第一道精车；
步骤十一：感应淬火和回火；
步骤十二：磁粉探伤；
步骤十三：表面清理；
步骤十四：第一次清洗；
步骤十五：第二道精车；
步骤十六：拉花键；
步骤十七：第二次清洗；
步骤十八：激光打标；
步骤十九：分选检验；
步骤二十：超声波清洗；
步骤二十一：成品检验；
步骤二十二：包装；
步骤二十三：入库；
所述步骤三中，采用0.5mm的钢砂，电流16A≤I≤24A，时间8~10min，去除热锻产生的氧化皮以及脱模剂附着物，所述步骤四中，将锻件硬度控制在160~220HBW，脱碳层厚度≤0.3mm；
所述步骤五中，保证锻件端面平行度≤0.1，加工面粗糙度要求为Ra3.2，所述步骤六中，采用0.4mm的钢砂，电流16A≤I≤24A, 时间4~6min，去除车飞边产生的毛刺以及退火产生的氧化皮；
所述步骤七中，润滑剂与水的配比范围为1：2~1：5，润滑剂浓度低会导致锻件齿部拉毛，影响工件质量，润滑剂浓度过高会导致润滑剂粘到齿部，影响工件外观，并且提高了生产成本，润滑后工件需及时冷挤压精整成形，停滞4小时必须进行遮盖保护，停滞8小时以上必须重新润滑才可流转，所述步骤八中，成形齿轮表面粗糙度要求为Rz10，所述步骤九中，将锻件硬度控制在280~350HV；
所述步骤十中，包括车凹面、镗孔、倒角、车凸面，考虑到感应淬火和回火工序导致的热变形，最终尺寸要靠近下差来补偿变形量，所述步骤十一中，是将锻件表面硬度控制在≥650HV，心部硬度控制在280~350HV，晶粒度为3~7级；
所述步骤十三中，清除工件齿面异物，显露金属本色，所述步骤十四中，无清洁度要求，其目的是清洗铁屑，油污，所述步骤十五中，此过程，由于经过感应淬火和回火后，锻件产生热变形，凹面和凸面尺寸补偿不回来的要进行第二道精车；
所述步骤十六中，花键齿侧粗糙度要求为Ra3.2，花键齿根粗糙度要求为Ra1.6，所述步骤十七中，无清洁度要求，其目的是清洗铁屑，油污；
所述步骤十九中，将锻件的关键特性尺寸进行百检，所述步骤二十中，采用清洗/淋油一体机，清洁度要求≤0.4mg/件，所述步骤二十一中，抽检5件/批进行全尺寸检测。
2.根据权利要求1所述的一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺，其特征在于，所述步骤一中，备料，包含下料和倒角，下料过程是将棒材通过下料机切割成所需的毛坯长度，毛坯长度和直径要根据中频炉的规格来设计，长度和直径比范围为1.3~2.5，倒角是在圆柱形毛坯料两个端面倒角，用来定位和去除下料产生的毛刺，定位倒角范围C1~C3，去除毛刺的倒角范围C0~C1。
3.根据权利要求1所述的一种中碳钢驻车齿轮的加工工艺，其特征在于，所述步骤二中，预涂石墨浓度为1.01~1.014g/cm3，脱模剂浓度为1.017~1.021g/cm3，热锻成形包含四个工位，预成形1-预成形2-终成形-冲孔，考虑到毛坯的尺寸较大，单工位成形或者一步预成形，都会导致金属变形超过成形极限，设计了两步预成形，预成形1的形状为鼓形，预成形2的形状为饼状，饼的最大直径比最终锻件齿大径小15±5mm，饼的厚度比最终锻件大1~2mm。
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