CN115156563A - 一种焊接结构的行星齿圈加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种焊接结构的行星齿圈加工工艺。加工工艺包括：先将焊接结构行星齿圈进行渗碳缓冷处理后车削外环上焊接口的渗碳层，然后对焊接结构行星齿圈进行淬火，淬火后对焊接结构行星齿圈焊接口进行车削；渗碳缓冷处理后行星齿圈渗碳层的深度为0.3mm‑0.8mm。对于需要焊接的SCM420H低碳钢行星齿圈的加工，本发明提供的加工工艺较现有加工工艺，加工效率提高了约42％，每件工件加工的成本降低了约47％。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种焊接结构的行星齿圈加工工艺。
背景技术
行星齿圈是行星齿轮中用于固定太阳齿轮和行星齿轮的固定件，所以对于行星齿圈的材料的力学性能和热处理性能有一定的要求。现有行星齿圈大多是通过将SCM420H低碳钢(组分按照质量百分数计，包括0.17％-0.23％碳、0.15％-0.35％硅、0.6％-0.9％锰、0.9％-1.2％铬、0.15％-0.25％钼、硫≤0.03％、磷≤0.03％、镍≤0.25％、铜≤0.3％，其余为铁和杂质)加工成行星齿圈形状后，进行渗碳缓冷及淬火处理提高其强度。
由于行星齿圈应用在一些机械装置中时，需要进行焊接，即需要保留行星齿圈的焊接口，但是由于行星齿圈的结构，如果仅对行星齿圈的局部进行渗碳缓冷及淬火处理，费时费力，而且还不能准确的留出焊接口。所以，对于需要焊接的行星齿圈，需要不同于局部处理的处理工艺，现有的处理工艺是将行星齿圈整体进行渗碳缓冷及淬火处理后，通过硬车削渗碳层。但是，由于渗碳缓冷淬火后的工件的表面到芯部的硬度逐渐降低的缘故，车削硬度就需要从高到底，导致现有热后硬车刀片的加工寿命很低，且热后硬车刀片价格高，所以成本较高；不仅如此，现有加工工艺节拍也比较长，生产效率低。
综上，现需要一种成本较低，且生产效率高的焊接结构SCM420H低碳钢的行星齿圈加工工艺。
发明内容
针对于上述存在的问题，本发明目的在于提供一种焊接结构行星齿圈的加工工艺，该焊接结构行星齿圈的组分按照质量百分比计，包括0.17％-0.23％碳、0.15％-0.35％硅、0.6％-0.9％锰、0.9％-1.2％铬、0.15％-0.25％钼、硫≤0.03％、磷≤0.03％、镍≤0.25％、铜≤0.3％，其余为铁和杂质；焊接结构的行星齿圈包括内齿和外环。该焊接结构行星齿圈的加工工艺较现有工艺加工焊接结构行星齿圈，加工效率提高了约42％，每件工件加工的成本降低了约47％。
为了达到上述目的的，采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种焊接结构行星齿圈的加工工艺，包括：先将焊接结构行星齿圈进行渗碳缓冷处理后车削外环上焊接口渗碳层，然后对焊接结构行星齿圈进行淬火，淬火后对焊接结构行星齿圈焊接口进行车削；渗碳缓冷处理后行星齿圈渗碳层的深度为0.3mm-0.8mm。
在本发明加工工艺的某些示例性实施例中，车削外环上焊接口渗碳层的切削深度可以设置为0.3mm-0.5mm。
在本发明加工工艺的某些示例性实施例中，焊接结构行星齿圈焊接口进行车削的切削深度设置为0.14mm-0.16mm。
在本发明加工工艺的某些示例性实施例中，车削外环上焊接口渗碳层的方法包括：每转进给量可以设置0.09mm/r-0.11mm/r，切削速度可以设置235m/min-245m/min。
在本发明加工工艺的某些示例性实施例中，焊接结构行星齿圈焊接口进行车削的方法包括：每转进给量可以设置0.04mm/r-0.06mm/r，切削速度可以设置125m/min-135m/min。
在本发明加工工艺的某些示例性实施例中，车削外环上焊接口的渗碳层的刀片可以选择适用于HB165-195硬度的刀片。
在本发明加工工艺的某些示例性实施例中，焊接结构行星齿圈焊接口进行车削的刀片可以选择适用于HRC30-40硬度的刀片。
本发明有益效果在于：对于需要焊接的SCM420H低碳钢行星齿圈的加工，本发明提供的加工工艺较现有加工工艺，加工效率提高了约42％，每件工件加工的成本降低了约47％。
附图说明
图1为行星齿圈结构示意图。
图2为行星齿圈渗碳缓冷后剖面图。
图3为行星齿圈车削渗碳层后剖面图。
图4为行星齿圈精车焊接口后剖面图。
图中，1：内斜齿；2：外环；3：焊接口。
具体实施方式
本文中使用的术语仅用于描述特定实施例，并且无意于限制本公开。除非在上下文中具有明显不同的含义，否则单数形式的表达包括复数形式的表达。如本文所使用的，应当理解，诸如“包括”、“具有”、“包含”之类的术语旨在指示特征、数字、操作、组件、零件、元件、材料或组合的存在。在说明书中公开了本发明的术语，并且不旨在排除可能存在或可以添加一个或多个其他特征、数字、操作、组件、部件、元件、材料或其组合的可能性。如在此使用的，根据情况，“/”可以被解释为“和”或“或”。
本发明一方面提供了一种焊接结构行星齿圈的加工工艺，焊接结构行星齿圈的组分按照质量百分比计，包括0.17％-0.23％碳、0.15％-0.35％硅、0.6％-0.9％锰、0.9％-1.2％铬、0.15％-0.25％钼、硫≤0.03％、磷≤0.03％、镍≤0.25％、铜≤0.3％，其余为铁和杂质；焊接结构的行星齿圈包括内斜齿1和外环2；
加工工艺包括：先将焊接结构行星齿圈进行渗碳缓冷处理后车削外环2上焊接口3渗碳层，然后对焊接结构行星齿圈进行淬火，淬火后对焊接结构行星齿圈焊接口3进行车削；渗碳缓冷处理后行星齿圈渗碳层的深度为0.3mm-0.8mm。
具体地，将焊接工件渗碳缓冷后，硬度比较低，此时对渗碳层进行加工，相当于软车，使用软车刀片进行车削即可；然后对焊接工件进行淬火，淬火后焊接口由于没有渗碳层，淬火后表面硬度比较低，便于焊口的精加工。
需要说明的是，加工车间包括冷处理车间和热处理车间，冷处理车间和热处理车间一般是分开的，所以现有加工工艺对于SCM420H低碳钢行星齿圈的处理是先整体进行渗碳缓冷处理，然后整体淬火，然后进行车削，即先在热处理车间进行渗碳和淬火处理，然后在冷处理车间进行车削加工。基于此，如果热处理车间和冷处理车间来回调换，会显得程序比较复杂，可能会增加成本，往往不会考虑在热处理车间和冷处理车间来回调换。但是，本发明提出对于SCM420H低碳钢行星齿圈，先在车处理车间进行整体渗碳缓冷，然后在冷处理车间进行车削焊接口的渗碳层，接着在热处理车间进行淬火处理，然后再在冷处理车间进行精车焊接口。如此，较现有加工工艺，可以大幅度降低成本和提高加工效率。关于两个车间行星齿轮的运输问题，只需要使用小型运输工具便可解决问题，相对于加工效率提高约42％，每件工件加工成本降低约47％，运输成本仅占了小部分成本，在一定的数量基础下，整体提高了效率，降低了成本。
进一步地，车削外环2上焊接口3渗碳层的切削深度可以设置为0.3mm-0.5mm，比如0.3mm、0.4mm、0.5mm。具体地，由于渗碳层的强度由表面到中心，是从高到底，所以渗碳层车削深度对整体的加工效率和加工成本尤为重要，切削深度设置太深，刀片容易损坏，切削深度设置太浅，加工效率比较低；所以车削渗碳层的车削深度可以设置为0.3mm-0.5mm，可以减小刀片损耗和提高加工效率。
进一步地，焊接结构行星齿圈焊接口3进行车削的切削深度可以设置为0.14mm-0.16mm，比如0.14mm、0.15mm。同样地，焊接口3车削的切削深度对于整体的加工效率和加工成本与车削渗碳层一样，存在相同的影响。
进一步地，车削外环2上焊接口3渗碳层的方法包括：每转进给量可以设置0.09mm/r-0.11mm/r，比如0.09mm/r、0.1mm/r；切削速度设置235m/min-245m/min，比如235m/min、230m/min。
进一步地，焊接结构行星齿圈焊接口3进行车削的方法包括：每转进给量可以设置为0.04mm/r-0.06mm/r，比如0.04mm/r、0.06mm/r；切削速度可以设置为125m/min-135m/min，比如125m/min、130m/min。
具体地，加床加工中，每转进给量是决定机床安全高效加工的一个重要因素，指的是工件材料与刀具之间的相对走刀速度，过大的每转进给量会导致切削刀片破损或折断，过小，则效率比较低；切削速度＝(πdwn)/1000，dw代表工件待加工表面直径(mm)，n代表工件转速(r/min)，切削速度主要取决于工件转速以及工件直径，当工件表面直径确定之后，工件转速过快，刀片也容易损坏，工件转速过慢，加工节拍便比较低。以上，合理的每转进给量与切削速度的设置可以有效提高加工效率和降低加工成本。
进一步地，车削外环2上焊接口3的渗碳层的刀片可以选择适用于HB165-195硬度的刀片。具体地，根据硬度选择合适的刀片，可以合理的规避不必要的耗材成本。由于渗碳缓冷后直接削除渗碳层，渗碳层比较软，所以本发明某些实施例中，车削外环2上焊接口3的渗碳层的刀片可以选择常规的热前刀片，比如，VNMG160404VFPV720刀片。
进一步地，焊接结构行星齿圈焊接口进行车削的刀片可以选择适用于HRC30-40硬度的刀片。同样地，机床加工中，根据硬度选择合适的刀片，可以合理的规避不必要的耗材成本。本发明焊接工件削除渗碳层后整体淬火，淬火后的车削焊口的工艺中，工件焊接口硬度在HRC30-40范围，可以选择常规的热后刀片，有利于提高加工效率及减小成本。例如，选择4NC-CNGA120408BNC200刀片。
进一步地，现有渗碳的方式有固体渗碳、液体渗碳或气体渗碳，本发明中的行星齿轮的具体渗碳方式可以根据实际需要进行选择。同样地，淬火方式可以根据实际情况从单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火、低于Ms点的马氏体分级淬火法、贝氏体等温淬火法、复合淬火法、预冷等温淬火法、延迟冷却淬火法、淬火自回火法和喷射淬火法中任一种进行选择。
进一步地，行星齿圈的加工工艺中，除了渗碳缓冷后车削、淬火后车削的工序外，还可以包括一些其他的常规热处理或者冷处理工艺，比如回火、抛丸等工序。
需要说明的是，本发明的加工工艺仅适用于SCM420H低碳钢行星齿轮的加工。
为了更好地理解本发明，下面结合具体示例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的示例。
以下实施例和对比例中，行星齿圈的组分按照质量百分数计，由0.18％碳、0.2％硅、0.7％锰、0.9％铬、0.15％钼、0.03％硫、0.03％磷、0.25％镍、0.30％铜和铁组成；如图1所示，行星齿圈包括内斜齿1和外环2，在本实施例和对比例中，焊口3设置在外环上的外缘(见图1)。
实施例1
本实施例对上述行星齿圈按照以下步骤进行处理：
(1)车削渗碳层阶段：将行星齿圈去除毛刺后，进行渗碳缓冷处理，处理后的行星齿圈剖面示意图如图2所示，其中焊接口的尺寸，A为23mm，B(直径)为116mm；然后将按照表1所示的参数进行车削渗碳层，车削后的行星齿圈的剖面图如图3所示。
表1实施例1车削渗碳层阶段参数
(2)精车焊接口阶段：将(1)中车削后的行星齿轮进行淬火处理，然后按照表2所示的参数对焊接口进行精车，精车后的行星齿轮剖面图如图4所示。
表2实施例1精车焊接口阶段参数
实施例2
(1)车削渗碳层阶段：将行星齿圈去除毛刺后，进行渗碳缓冷处理，其中焊接口的尺寸，A为23mm，B(直径)为116mm；然后将按照表1所示的参数进行车削渗碳层。
表3实施例2车削渗碳层阶段参数
(2)精车焊接口阶段：将(1)中车削后的行星齿轮进行淬火处理，然后按照表2所示的参数对焊接口进行精车。
表4实施例2精车焊接口阶段参数
实施例3
(1)车削渗碳层阶段：将行星齿圈去除毛刺后，进行渗碳缓冷处理，其中焊接口的尺寸，A为23mm，B(直径)为116mm；然后将按照表1所示的参数进行车削渗碳层。
表5实施例3车削渗碳层阶段参数
(2)精车焊接口阶段：将(1)中车削后的行星齿轮进行淬火处理，然后按照表2所示的参数对焊接口进行精车。
表6实施例3精车焊接口阶段参数
实施例4
(1)车削渗碳层阶段：将行星齿圈去除毛刺后，进行渗碳缓冷处理，其中焊接口的尺寸，A为23mm，B(直径)为116mm；然后将按照表1所示的参数进行车削渗碳层。
表7实施例4车削渗碳层阶段参数
(2)精车焊接口阶段：将(1)中车削后的行星齿轮进行淬火处理，然后按照表2所示的参数对焊接口进行精车。
表8实施例4精车焊接口阶段参数
对比例
本对比例对上述行星齿圈按照以下步骤进行处理：
将行星齿圈进行渗碳处理后缓冷，得到渗碳缓冷后行星齿圈，然后将渗碳缓冷后行星齿圈进行整体淬火处理，淬火处理后的行星齿圈焊接口的尺寸A为23mm，B(直径)为116mm；然后按照下表9的参数进行加工。
表9对比例加工工艺参数
综上，分别使用上述实施例1至实施例4和上述对比例1将上述行星齿圈加工到相同目的行星齿圈的加工节拍和加工费对比如下表10所示。
表10实施例1的加工工艺与对比例1的加工工艺
需要说明的是，通过上表10可知，实施例1较对比例1，加工时间节省了140s/件，加工费节省了1.58元/件，即使在大批量生产中，本发明增加了车间之间的运输成本及运输时间。对于运输成本1000件的运输成本约为100元，其远远小于100件节省的加工成本158元，说明即使算上车间之间的运输成本，本发明中的加工工艺成本也远远低于现有加工工艺的成本；对于运输时间，140s/件的节省时间，在数量足够大的情况下，运输时间会远远小于节省的时间，即使考虑到本发明增加了额外的运输时间，运输时间远远小于现有工艺多出的加工时间。以上，本发明对于SCM420H低碳钢行星齿圈的加工工艺较现有加工，提高了生产效率，降低了成本。
Claims (8)
1.一种焊接结构行星齿圈的加工工艺，焊接结构行星齿圈的组分按照质量百分比计，包括0.17％-0.23％碳、0.15％-0.35％硅、0.6％-0.9％锰、0.9％-1.2％铬、0.15％-0.25％钼、硫≤0.03％、磷≤0.03％、镍≤0.25％、铜≤0.3％，其余为铁和杂质；焊接结构的行星齿圈包括内斜齿(1)和外环(2)；其特征在于，加工工艺包括：先将焊接结构行星齿圈进行渗碳缓冷处理后车削外环(2)上焊接口(3)渗碳层，然后对焊接结构行星齿圈进行淬火，淬火后对焊接结构行星齿圈焊接口(3)进行车削；渗碳缓冷处理后行星齿圈渗碳层的深度为0.3mm-0.8mm。
2.根据权利要求1所述的焊接结构行星齿圈的加工工艺，其特征在于，车削外环(2)上焊接口(3)渗碳层的切削深度设置为0.3mm-0.5mm。
3.根据权利要求2所述的焊接结构行星齿圈的加工工艺，其特征在于，焊接结构行星齿圈焊接口(3)进行车削的切削深度设置为0.14mm-0.16mm。
4.根据权利要求2至3中任一权利要求所述的焊接结构行星齿圈的加工工艺，其特征在于，车削外环(2)上焊接口(3)渗碳层的方法包括：每转进给量设置0.09mm/r-0.11mm/r，切削速度设置235m/min-245m/min。
5.根据权利要求4所述的焊接结构行星齿圈的加工工艺，其特征在于，焊接结构行星齿圈焊接口(3)进行车削的方法包括：每转进给量设置0.04mm/r-0.06mm/r，切削速度设置125m/min-135m/min。
6.根据权利要求2至3中任一权利要求所述的焊接结构行星齿圈的加工工艺，其特征在于，焊接结构行星齿圈焊接口(3)进行车削的方法包括：每转进给量设置0.04mm/r-0.06mm/r，切削速度设置125m/min-135m/min。
7.根据权利要求2、3或5中任一项权利要求所述的焊接工件的加工工艺，其特征在于，车削外环(2)上焊接口(3)渗碳层的刀片选择适用于HB165-195硬度的刀片。
8.根据权利要求2、3或5中任一项权利要求所述的焊接工件的加工工艺，其特征在于，焊接结构行星齿圈焊接口(3)进行车削的刀片选择适用于HRC30-40硬度的刀片。
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