CN104673975A - 一种船用高碳钢齿轮加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种齿轮的加工方法,尤其涉及一种船用高碳钢齿轮加工工艺。包括以下步骤:第一步,下料进行锻造为一圆柱形胚料;第二步,锻坯组分均匀化处理,然后车加工钻中心孔;第三步,利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿 ;第四步,对工件进行渗碳处理;第五步,渗碳后进行冷却淬火;第六步,进行二次高温油处理消除应力;第七步,对工件进行机加工形成船用齿轮。本发明船用高碳钢齿轮的加工工艺可以获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮的加工方法,尤其涉及一种大功率且韧性好的船用齿轮的加工工艺。
背景技术
齿轮的传统的加工工艺流程:下料(铸造、锻造)→正火(调质)→金加工(齿部采用滚齿插齿工艺)→再进行高频淬火而成。此类齿轮尽管制造成本较低,但主要受制于传统加工工艺的局限 :表现为不能采用更为优质的材料,表面硬度偏低(≤ HRC45-52),而且热处理作为最终工序,淬火后变形量无法消除,表面粗糙度始终≤ 0.8,齿芯部抗拉强度一般在≥ 420Mpa. 制造精度和运动精度均≤ 8-8-8GB10095-88。很显然,此类传动齿轮局限于应用在转速不高载荷相对较低,运动精度不高的领域。在现在的公开文件中也公开过关于齿轮的加工工艺,如中国专利 :“20CrMo 渗碳钢齿轮的制作工艺(CN102494106A)”包括如下工序 :锻坯一正火一机加工一不完全退火一机加工一渗碳淬火一回火一抛九,其中不完全退火工艺为在气氛的保护下,在 Ac1+(30—50)℃的温度条件下保温 2 小时,并随炉冷却至700~720℃后空冷。但是这种齿轮并不适用于大功率的船用齿轮。
申请号为201210370009.2的发明申请公开了一种船用齿轮加工工艺,具体包括以下步骤:第一步,下料进行锻造为一圆柱形胚料;第二步,对胚料进行正火,然后车加工钻中心孔 ;第三步,利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿 ;第四步,对工件进行渗碳处理 ;第五步,渗碳后进行冷却淬火 ;第六步,进行二次高温油处理消除应力 ;第七步,对工件进行机加工形成船用齿轮。但是由于使高碳钢具有由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组织是较困难的。关键的问题是如何选择适宜的热处理条件,如奥氏体化温度、奥氏体化后的冷却速度、中温等温温度及等温时间等控制组织形成条件的协调组合。目前,关于高碳钢通过中温等温热处理工艺获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体加细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织的研究工作国内外鲜有报道。
申请号为201410037805.3的发明申请公开了一种高强度齿轮加工工艺,包括以下工艺步骤:(1)选择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料;(2)对圆坯料进行磨外圆,去除表面细裂纹 ;(3)将圆坯料进行退火处理后进行抛丸;(4)将圆坯料分别在磷化液和皂化液中进行处理 ;(5)将圆坯料通过挤压材料塑性变形得到毛坯,毛坯一端为渐开线齿形,毛坯另一端为光滑圆柱体;(6)将步骤(5)得到的毛坯再次通过挤压材料塑性变形挤压,得到的毛坯一端为渐开线齿形,另一端为圆环形凸棱;(7)在毛坯中心车出内孔;(8)将工件平进行渗碳淬火处理 ;(9)将工件进行回火处理;(10)抛丸。本发明得到的齿轮表面硬度硬,芯部韧性好,提高了齿轮(2 模数)的单齿强度。
但是其齿轮材料选择的是择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料,合金钢的成本较高,且需要经过多道冷压工艺,加工成本同时也较高。
发明内容
本发明提供了一种运动精度高,载荷高,表面硬度高,韧性好的船用高碳钢齿轮加工工艺;解决了现有技术中存在的加工的齿轮的硬度低,韧性不够,运动精度不高的缺点,且成本较低,按照此工艺加工出来的船用齿轮有较好的市场价值。
本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的 : 一种船用高碳钢齿轮加工工艺,包括以下步骤,第一步,下料进行锻造为一圆柱形胚料;第二步,锻坯组分均匀化处理,然后车加工钻中心孔;第三步,利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿 ;第四步,对工件进行渗碳处理;第五步,渗碳后进行冷却淬火;第六步,进行二次高温油处理消除应力;第七步,对工件进行机加工形成船用齿轮。
所述的第二步所述锻坯组分均匀化处理:升温至 850-1000℃并在该温度下等温匀化退火处理,处理时间为3小时;
高温奥氏体化处理:将上述组分均匀化处理后在 900-950℃温度下进行等温处理,处理时间为20分钟;
高温奥氏体化后冷却处理:将高温奥氏体化处理后的锻坯温度从 860-920℃冷却到 200-270℃,冷却速度为 25-35℃/s;
中温等温处理:将上述后冷却处理后的锻坯在 200-280℃温下进行中温等温处理,等温处理时间为2-60分钟,使该锻坯等温获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织,等温处理后水冷至室温即可。
所述的渗碳工艺的渗碳层的厚度为1.2mm~1.8mm,将工件密封于碳粉中,升温至700℃~850℃后保温2-3小时,开炉后扩散 10~25 分钟,加入常温油,冷却淬火,冷却后在 180℃ ~220℃保持 2~3 小时。
所述的渗碳工艺的渗碳层的厚度为1.2mm~1.8mm,将工件密封于碳粉中,升温至700℃~850℃后保温2-3小时,开炉后扩散 10~25 分钟,加入常温油,冷却淬火,冷却后在 180℃ ~220℃保持 2~3 小时。
所述的第六步内的高温油处理是在温度为 280℃ ~380℃的高温油内浸入 2~3 小时。
所述的第六步内的高温油处理是在温度为 280℃ ~380℃的高温油内浸入2~3 小时。
所述的第七步内的机加工包括对工件进行对齿轮的齿形进行粗磨和精磨,同时对齿形和齿向进行修缘。
齿轮的精磨包括对齿轮的根部加工有圆弧状的过渡段。
本发明一种船用高碳钢齿轮加工工艺的有益效果是:
该热处理工艺过程为:先对铸态材料进行成分均匀化退火,之后对材料高温奥氏体化,然后进行冷却,冷却至中温等温温度区间,再在该温度区间等温,以获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织。
通过控制高碳钢在奥氏体化的组织状态、奥氏体化后的冷却速度、中温等温温度和等温时间,获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体与细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织,以改善高碳钢的韧性。
具体实施方式
下面通过实施例,对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一:
一种船用齿轮加工工艺,首先取高碳钢作为原料,进行锻打,锻打后的工件的厚度为5cm,锻打后后进行锻坯组分均匀化处理,所述的第二步所述锻坯组分均匀化处理:升温至 850℃并在该温度下等温匀化退火处理,处理时间为3小时;高温奥氏体化处理:将上述组分均匀化处理后在 900℃温度下进行等温处理,处理时间为20分钟;高温奥氏体化后冷却处理:将高温奥氏体化处理后的锻坯温度从 860℃冷却到 200℃,冷却速度为 25-35℃/s;中温等温处理:将上述后冷却处理后的锻坯在 200℃温下进行中温等温处理,等温处理时间为2-60分钟,使该锻坯等温获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织,等温处理后水冷至室温即可。
然后进行车加工,在工件的中心钻孔,在工件的外圆周表面进行滚齿,在中心孔内进行加工花键。
机加工结束后的工件大致的形状已经完成,然后进行渗碳处理,将工件密封于碳粉中,在负压 800 帕条件下升温至 700~850℃,渗碳层厚度保证在 1.2~1.8mm,保温 2-3 小时,开炉后扩散 15 分钟,加入20℃的常温油,冷却淬火,冷却后在200℃温度中保持2-3小时做消除应力处理。冷却淬火后进行二次高温油处理,将零件放置在280~380℃的高温油中浸入2小时,以消除渗碳过程中的残余应力。二次高温油处理后进行平面磨、磨内孔,然后粗磨齿,粗磨齿后进行精度检测,然后在高精度自动磨齿机上对齿轮表面再进行精磨齿,进过磨齿后的齿形包括齿轮主体,在齿轮主体上加工有均布的斜齿,斜齿的齿根部与齿轮主体之间通过弧形连接段连接,弧形连接段的半径R2为1.3mm,在弧形连接段和齿根部也是通过一弧形过渡段连接,弧形过渡段的半径R1为0.1mm,通过凸头留磨滚刀进行加工弧形过渡段。弧形过渡段和弧形连接段都是向斜齿的方向凹陷,也就是有齿根部到弧形过渡段、弧形连接段,齿的宽度是越来越小的。同时进行齿形和齿向修缘,齿顶修缘中对齿厚方向的修缘为 0.02~0.04mm,齿高方向的修缘为 0.2~0.4mm,齿向修缘为全齿厚向外凸0.02~0.03mm齿圈径向跳动公差从0.036提高到≤0.031,齿轮经修缘、修向后减少了齿轮在旋转切入时的瞬间碰击从而消除了大宽度齿向因钢性及制造精度等原因造成的齿面重合度过大而产生的噪音。在经过修缘后进行终检和上油,完成整个齿轮的加工过程。
实施例二:
一种船用齿轮加工工艺,首先取高碳钢作为原料,进行锻打,锻打后的工件的厚度为5cm,锻打后后进行锻坯组分均匀化处理,所述的第二步所述锻坯组分均匀化处理:升温至 900℃并在该温度下等温匀化退火处理,处理时间为3小时;高温奥氏体化处理:将上述组分均匀化处理后在 930℃温度下进行等温处理,处理时间为20分钟;高温奥氏体化后冷却处理:将高温奥氏体化处理后的锻坯温度从 900℃冷却到 250℃,冷却速度为 25-35℃/s;中温等温处理:将上述后冷却处理后的锻坯在 260℃温下进行中温等温处理,等温处理时间为2-60分钟,使该锻坯等温获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织,等温处理后水冷至室温即可。
然后进行车加工,在工件的中心钻孔,在工件的外圆周表面进行滚齿,在中心孔内进行加工花键。
机加工结束后的工件大致的形状已经完成,然后进行渗碳处理,将工件密封于碳粉中,在负压 800 帕条件下升温至 700~850℃,渗碳层厚度保证在 1.2~1.8mm,保温 2-3 小时,开炉后扩散 15 分钟,加入20℃的常温油,冷却淬火,冷却后在200℃温度中保持2-3小时做消除应力处理。冷却淬火后进行二次高温油处理,将零件放置在280~380℃的高温油中浸入2小时,以消除渗碳过程中的残余应力。二次高温油处理后进行平面磨、磨内孔,然后粗磨齿,粗磨齿后进行精度检测,然后在高精度自动磨齿机上对齿轮表面再进行精磨齿,进过磨齿后的齿形包括齿轮主体,在齿轮主体上加工有均布的斜齿,斜齿的齿根部与齿轮主体之间通过弧形连接段连接,弧形连接段的半径R2为1.3mm,在弧形连接段和齿根部也是通过一弧形过渡段连接,弧形过渡段的半径R1为0.1mm,通过凸头留磨滚刀进行加工弧形过渡段。弧形过渡段和弧形连接段都是向斜齿的方向凹陷,也就是有齿根部到弧形过渡段、弧形连接段,齿的宽度是越来越小的。同时进行齿形和齿向修缘,齿顶修缘中对齿厚方向的修缘为 0.02~0.04mm,齿高方向的修缘为 0.2~0.4mm,齿向修缘为全齿厚向外凸0.02~0.03mm齿圈径向跳动公差从0.036提高到≤0.031,齿轮经修缘、修向后减少了齿轮在旋转切入时的瞬间碰击从而消除了大宽度齿向因钢性及制造精度等原因造成的齿面重合度过大而产生的噪音。在经过修缘后进行终检和上油,完成整个齿轮的加工过程。
实施例三:
一种船用齿轮加工工艺,首先取高碳钢作为原料,进行锻打,锻打后的工件的厚度为5cm,锻打后后进行锻坯组分均匀化处理,所述的第二步所述锻坯组分均匀化处理:升温至 1000℃并在该温度下等温匀化退火处理,处理时间为3小时;高温奥氏体化处理:将上述组分均匀化处理后在 950℃温度下进行等温处理,处理时间为20分钟;高温奥氏体化后冷却处理:将高温奥氏体化处理后的锻坯温度从 920℃冷却到 270℃,冷却速度为 25-35℃/s;中温等温处理:将上述后冷却处理后的锻坯在 280℃温下进行中温等温处理,等温处理时间为2-60分钟,使该锻坯等温获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织,等温处理后水冷至室温即可。
然后进行车加工,在工件的中心钻孔,在工件的外圆周表面进行滚齿,在中心孔内进行加工花键。
机加工结束后的工件大致的形状已经完成,然后进行渗碳处理,将工件密封于碳粉中,在负压 800 帕条件下升温至 700~850℃,渗碳层厚度保证在 1.2~1.8mm,保温 2-3 小时,开炉后扩散 15 分钟,加入20℃的常温油,冷却淬火,冷却后在200℃温度中保持2-3小时做消除应力处理。冷却淬火后进行二次高温油处理,将零件放置在280~380℃的高温油中浸入2小时,以消除渗碳过程中的残余应力。二次高温油处理后进行平面磨、磨内孔,然后粗磨齿,粗磨齿后进行精度检测,然后在高精度自动磨齿机上对齿轮表面再进行精磨齿,进过磨齿后的齿形包括齿轮主体,在齿轮主体上加工有均布的斜齿,斜齿的齿根部与齿轮主体之间通过弧形连接段连接,弧形连接段的半径R2为1.3mm,在弧形连接段和齿根部也是通过一弧形过渡段连接,弧形过渡段的半径R1为0.1mm,通过凸头留磨滚刀进行加工弧形过渡段。弧形过渡段和弧形连接段都是向斜齿的方向凹陷,也就是有齿根部到弧形过渡段、弧形连接段,齿的宽度是越来越小的。同时进行齿形和齿向修缘,齿顶修缘中对齿厚方向的修缘为 0.02~0.04mm,齿高方向的修缘为 0.2~0.4mm,齿向修缘为全齿厚向外凸0.02~0.03mm齿圈径向跳动公差从0.036提高到≤0.031,齿轮经修缘、修向后减少了齿轮在旋转切入时的瞬间碰击从而消除了大宽度齿向因钢性及制造精度等原因造成的齿面重合度过大而产生的噪音。在经过修缘后进行终检和上油,完成整个齿轮的加工过程。
Claims (8)
1.一种船用高碳钢齿轮加工工艺,其特征在于:包括以下步骤,第一步,下料进行锻造为一圆柱形胚料;第二步,锻坯组分均匀化处理,然后车加工钻中心孔;第三步,利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿 ;第四步,对工件进行渗碳处理;第五步,渗碳后进行冷却淬火;第六步,进行二次高温油处理消除应力;第七步,对工件进行机加工形成船用齿轮。
2.根据权利要求 1 或 2 所述的船用高碳钢齿轮加工工艺,其特征在于 :所述的第二步所述锻坯组分均匀化处理:升温至 850-1000℃并在该温度下等温匀化退火处理,处理时间为3小时;
高温奥氏体化处理:将上述组分均匀化处理后在 900-950℃温度下进行等温处理,处理时间为20分钟;
高温奥氏体化后冷却处理:将高温奥氏体化处理后的锻坯温度从 860-920℃冷却到 200-270℃,冷却速度为 25-35℃/s;
中温等温处理:将上述后冷却处理后的锻坯在 200-280℃温下进行中温等温处理,等温处理时间为2-60分钟,使该锻坯等温获得由含过饱和碳的单相铁素体构成的板条状贝氏体和细小均匀分布的颗粒状碳化物组成的组织,等温处理后水冷至室温即可。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的船用高碳钢齿轮加工工艺,其特征在于:所述的渗碳工艺的渗碳层的厚度为1.2mm~1.8mm,将工件密封于碳粉中,升温至700℃~850℃后保温2-3小时,开炉后扩散 10~25 分钟,加入常温油,冷却淬火,冷却后在 180℃ ~220℃保持 2~3 小时。
4.根据权利要求 1或2 所述的船用高碳钢齿轮加工工艺,其特征在于 :所述的渗碳工艺的渗碳层的厚度为1.2mm~1.8mm,将工件密封于碳粉中,升温至700℃~850℃后保温2-3小时,开炉后扩散 10~25 分钟,加入常温油,冷却淬火,冷却后在 180℃ ~220℃保持 2~3 小时。
5.根据权利要求 1 或 2 所述的船用高碳钢齿轮加工工艺,其特征在于 :所述的第六步内的高温油处理是在温度为 280℃ ~380℃的高温油内浸入 2~3 小时。
6.根据权利要求 5 所述的船用高碳钢齿轮加工工艺,其特征在于:所述的第六步内的高温油处理是在温度为 280℃ ~380℃的高温油内浸入2~3 小时。
7.根据权利要求1或2所述的船用高碳钢齿轮加工工艺,其特征在于:所述的第七步内的机加工包括对工件进行对齿轮的齿形进行粗磨和精磨,同时对齿形和齿向进行修缘。
8.根据权利要求7所述的船用高碳钢齿轮加工工艺,其特征在于 :齿轮的精磨包括对齿轮的根部加工有圆弧状的过渡段。
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |