一种用于谐波减速机的柔轮及其加工工艺的制作方法

本发明涉及谐波减速机技术领域，具体涉及一种用于谐波减速机的柔轮及其加工工艺。

背景技术：

谐波减速机是一种利用柔性组件产生弹性变形来传递动力的减速机构。谐波减速机主要由三大部分组成：具有外齿的柔轮、具有内齿的刚轮、以及具有长短轴的波发生器。波发生器装于柔轮内孔中，柔轮在波发生器的作用下变形形成具有长短轴的椭圆，柔轮同轴装在刚轮内，变形后的柔轮长轴区域与刚轮内齿啮合，短轴区域则与刚轮内齿脱开；工作时，波发生器连续转动，迫使柔轮产生连续的弹性变形，就使柔轮通过啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态，这种现象称之错齿运动。正是由于错齿运动，谐波减速机就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。由于谐波减速机特定的结构，其可在体积很小的情况下获得较大的减速比，单位面积的负载小，使得其承载能力较其它传动高，且还具有体积小、重量轻、传动效率高、传动平稳、无冲击等优点。因此谐波减速机广泛应用于航空航天、医疗机械、机器人等精密传动领域，尤其随着科技的不断发展，机器人的应用越来越广泛，人们对谐波减速机的设计、制作也越来越重视。

目前，因为柔轮在减速传动过程中需要承受较大的交变载荷，柔轮在工作时很容易损坏，因此对柔轮材料的抗疲劳强度、柔轮的结构设计、柔轮制造工艺技术都必须有较高的要求。而现有的柔轮加工工艺中，尤其是锻造过程中，加热不稳定或者温差过大容易导致柔轮产生裂纹、强度低等缺陷，进而影响柔轮的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于谐波减速机的柔轮及其加工工艺，用于解决现有的柔轮加工工艺过程中加热不稳定导致的柔轮产生裂纹、强度低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：所述柔轮加工工艺过程包括：

步骤一、下料准备：

裁切棒料进行下料；

步骤二、分段加热：

将步骤一中所述棒料放至加热炉中进行分段加热，所述分段加热的过程包括：第一段的加热温度为400-500℃，其加热时间为第一预设时间，第二段的加热温度为600-700℃，其加热时间为第二预设时间，第三段的加热温度为800-900℃，其加热时间为第三预设时间，第四段的加热温度为1150℃，其加热时间为第四预设时间，达到始锻温度后取出；

步骤三、镦拔模锻：

将步骤二中分段加热后的所述棒料放置于锻模中进行多次镦拔模锻，得到柔轮锻件；

步骤四、锻后处理：

将步骤三中所述柔轮锻件进行锻后处理，得到柔轮。

优选地，步骤一中所述棒料为低碳合金钢基材。

优选地，步骤二中所述加热炉的加热方式为电感线圈加热。

优选地，步骤二中所述第一预设时间、所述第二预设时间、所述第三预设时间、以及所述第四预热时间之和为总在炉时间，所述总在炉时间不大于1小时。

优选地，步骤二中所述始锻温度为800-1200℃。

优选地，步骤四中所述锻后处理的过程包括对所述柔轮锻件依次进行正火处理、车削处理和时效处理。

优选地，所述车削处理包括粗车、半精车和精车处理，每一次所述车削处理后均进行所述时效处理。

优选地，所述时效处理包括依次进行的淬火处理和回火处理。

优选地，经过所述回火处理后的柔轮硬度为33-36hrc。

本发明还提供根据上述用于谐波减速机的柔轮加工工艺制作出的柔轮。

相比于现有技术，本发明所述用于谐波减速机的柔轮及其加工工艺具有以下优势：

本发明采用特殊的锻打工艺，将棒料在加热炉中分段加热后多次镦拔模锻，使得棒料逐步稳定升温，不易产生裂纹等缺陷，通过本发明提供的加工工艺制作出柔轮，其锻料粒状贝氏体和条状铁素体晶粒度可达七级，有效提升柔轮的强度，进而提高柔轮的使用寿命；此外通过多次车削处理可以保证柔轮的尺寸精度；同时每次车削处理后均进行时效处理，可以达到柔轮材质和尺寸的最佳要求。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

所述柔轮加工工艺过程包括：

步骤一、下料准备：

裁切棒料进行下料；

步骤二、分段加热：

将步骤一中所述棒料放至加热炉中进行分段加热，所述分段加热的过程包括：第一段的加热温度为400-500℃，其加热时间为第一预设时间，第二段的加热温度为600-700℃，其加热时间为第二预设时间，第三段的加热温度为800-900℃，其加热时间为第三预设时间，第四段的加热温度为1150℃，其加热时间为第四预设时间，达到始锻温度后取出；

步骤三、镦拔模锻：

将步骤二中分段加热后的所述棒料放置于锻模中进行多次镦拔模锻，得到柔轮锻件；

步骤四、锻后处理：

将步骤三中所述柔轮锻件进行锻后处理，得到柔轮。

将棒料在加热炉中分段加热后多次镦拔模锻，使得棒料逐步稳定升温，不易产生裂纹等缺陷，通过本发明提供的加工工艺制作出柔轮，其锻料粒状贝氏体和条状铁素体晶粒度可达七级，有效提升柔轮的强度，进而提高柔轮的使用寿命。

锻模是热模锻的工具，锻模模膛制成与所需锻件凹凸相反的相应形状，并作合适的分型。将锻件坯料加热到金属的再结晶温度上的锻造温度范围内，放在锻模上，再利用压力将坯料锻造成锻件。

优选地，步骤一中所述棒料为低碳合金钢基材。利用低碳合金钢的特点，能够提高柔轮的抗疲劳强度，并保持较好的塑性和韧性。

优选地，步骤二中所述加热炉的加热方式为电感线圈加热。电感线圈是利用电磁感应的原理进行工作的器件。当有电流流过一根导线时，就会在这根导线的周围产生一定的电磁场，而这个电磁场的导线本身又会对处在这个电磁场范围内的导线发生感应作用。对产生电磁场的导线本身发生的作用，叫做“自感”，即导线自己产生的变化电流产生变化磁场，这个磁场又进一步影响了导线中的电流；对处在这个电磁场范围的其他导线产生的作用，叫做“互感”。电感线圈加热对温度的控制精度更高，而且无氧气燃烧更环保，保温容易，热效率更高。

优选地，步骤二中所述第一预设时间、所述第二预设时间、所述第三预设时间、以及所述第四预热时间之和为总在炉时间，所述总在炉时间不大于1小时。电感线圈加热快，能够减少棒料的总在炉时间，在保证热效率的同时提高了加工速度。

优选地，步骤二中所述始锻温度为800-1200℃。在800℃以上完成镦拔模锻工艺，能提高锻料的晶粒度，其粒状贝氏体和条状铁素体晶粒度可达七级，有效提升柔轮的强度。

优选地，步骤四中所述锻后处理的过程包括对所述柔轮锻件依次进行正火处理、车削处理和时效处理。正火处理改善了柔轮锻件的切削性能。

优选地，所述车削处理包括粗车、半精车和精车处理，每一次所述车削处理后均进行所述时效处理。车削处理提高了柔轮的尺寸精度，其中，粗车去除了大部分的毛坯余量。因为分段加热以及镦拔模锻工艺过程后，往往留有较多的余量，如果直接加工到图纸尺寸，会因热应力、工件热变形等原因造成废品；粗车后的表面余量会误差较大，半精车保证精车时有稳定的加工余量，以达到最终产品的统一性；精车满足了图纸要求。

优选地，所述时效处理包括依次进行的淬火处理和回火处理。车削处理后均进行时效处理，可以达到柔轮材质和尺寸的最佳要求。

优选地，经过所述回火处理后的柔轮硬度为33-36hrc，可以承受较大的交变载荷。

实施例1：

一种柔轮加工工艺过程包括：

步骤一、下料准备：裁切棒料进行下料；

步骤二、分段加热：

将步骤一中所述棒料放至加热炉中进行分段加热，第一段的加热温度为400℃，加热10分钟，第二段的加热温度为600℃，加热15分钟，第三段的加热温度为800℃，加热15分钟，第四段的加热温度为1150℃，加热10分钟，达到始锻温度1150℃后取出；

步骤三、镦拔模锻：

将步骤二中分段加热后的所述棒料放置于锻模中进行5次镦拔模锻，得到柔轮锻件；

步骤四、锻后处理：

将步骤三中所述柔轮锻件进行锻后处理：

正火处理：正火温度为900℃，保温3小时，保温后随炉进行空冷至室温；

车削处理：对所述柔轮锻件的端面、外圆和内孔依次进行粗车、半精车、精车处理；

时效处理：每一次车削处理后均对所述柔轮锻件进行淬火、回火处理，温度为-120℃、+120两种。通过所述加工工艺加工得到的柔轮硬度为33hrc。

实施例2：

一种柔轮加工工艺过程包括：

步骤一、下料准备：裁切棒料进行下料；

步骤二、分段加热：

将步骤一中所述棒料放至加热炉中进行分段加热，第一段的加热温度为450℃，加热5分钟，第二段的加热温度为620℃，加热15分钟，第三段的加热温度为840℃，加热20分钟，第四段的加热温度为1150℃，加热5分钟，达到始锻温度800℃后取出；

步骤三、镦拔模锻：

将步骤二中分段加热后的所述棒料放置于锻模中进行3次镦拔模锻，得到柔轮锻件；

步骤四、锻后处理：

将步骤三中所述柔轮锻件进行锻后处理：

正火处理：正火温度为950℃，保温2小时，保温后随炉进行空冷至室温；

车削处理：对所述柔轮锻件的端面、外圆和内孔依次进行粗车、半精车、精车处理；

时效处理：每一次车削处理后均对所述柔轮锻件进行淬火、回火处理，温度为-120℃、+120两种。通过所述加工工艺加工得到的柔轮硬度为36hrc。

实施例3：

一种柔轮加工工艺过程包括：

步骤一、下料准备：裁切棒料进行下料；

步骤二、分段加热：

将步骤一中所述棒料放至加热炉中进行分段加热，第一段的加热温度为500℃，加热15分钟，第二段的加热温度为700℃，加热10分钟，第三段的加热温度为900℃，加热15分钟，第四段的加热温度为1150℃，加热20分钟，达到始锻温度1200℃后取出；

步骤三、镦拔模锻：

将步骤二中分段加热后的所述棒料放置于锻模中进行6次镦拔模锻，得到柔轮锻件；

步骤四、锻后处理：

将步骤三中所述柔轮锻件进行锻后处理：

正火处理：正火温度为940℃，保温4小时，保温后随炉进行空冷至室温；

车削处理：对所述柔轮锻件的端面、外圆和内孔依次进行粗车、半精车、精车处理；

时效处理：每一次车削处理后均对所述柔轮锻件进行淬火、回火处理，温度为-120℃、+120两种。通过所述加工工艺加工得到的柔轮硬度为35hrc。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。