一种高强度的38CrMnAl纳米材料齿条制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种齿条成形领域，尤其是涉及一种制备高强度38CrMnAl纳米材料齿条的方法及模具。
【背景技术】
[0002]齿条是机械传动常用基础零部件，应用广，用量大。目前，公知的一般齿条的齿形加工有滚齿加工、插齿加工、线切割加工、研磨齿条、铣齿加工等传统加工方法，但这些齿条在加工过程中工序多、效率低、金属损耗大，需配置大量各类加工机床及操作工人，生产成本高。目前，大部分的直齿齿条的生产大多采用传统的切削加工方法，但它具有很多缺陷，如:材料利用率低，成本高，加工效率低。随着机械工业的发展和国际竞争的激化，对齿条产品的性能的提尚和加工成本的降低提出了更尚的要求，尤其加工效率的提尚。因此齿条的挤压和锻造成形技术得到了重视和发展。此类加工方法由原来传统工艺加工方法40%的材料利用率提高到70%以上，而且齿条强度也提高20%，并且加工效率提高大约40%，但此类加工方法均采用单件生产加工方法，其加工效率有待进一步的提升。同时随着我国高端装备制造业的发展，尤其开发具有高强度、高耐磨、高寿命的精密机床及机器人精密减速器用齿条十分必要，目前齿条寿命低直接影响了高端装备制造业的快速发展。
[0003]申请号为2010101887620的发明提出了在卧式挤压机上连续挤压成形空心长条状直齿齿轮管，然后采用线切割的方法将连续挤压成形件切割成齿轮成品件，该发明生产效率较高，而且可以提高齿轮的力学性能和加工性能，但是该发明仅仅针对齿轮零件，对于齿条零件目前还没有相关文献报道，同时，开发高品质的具有高强度、高耐磨、高寿命的机密机床及机器人精密减速器用齿条有更潜在的使用价值与发展前景。为克服薄壁齿条的强度问题、获得使用寿命较长的齿条，提供一种S型通道模具拉拔法，制备高强度38CrMnAl纳米材料齿条。因此，本发明提出了一种改善齿条力学性能和使用寿命的S型通道模具拉拔法获得38CrMnAl纳米材料齿条。本发明提供了一种高强度的38CrMnAl纳米材料齿条制备方法。因此，希望有一种高强度的38CrMnAl纳米材料齿条制备方法可以克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:为克服薄壁齿条的强度问题、提高齿条的使用寿命，提供一种通过S型通道模具拉拔法，通过拉拔获得高强度38CrMnAl纳米材料齿条板，然后通过切割齿条板，制备高强度38CrMnAl纳米材料齿条。
[0005]本发明提出的一种S型通道模具拉拔法制备38CrMnAl纳米材料齿条的方法包括以下步骤:
步骤一，板材准备:将即将拉拔的板材分为二部分，第一部分是板材拉拔端部分:该部分在端口部设置钢绳卡头；第二部分是板材主要拉拔部分:该部分将获得大应变，组织达到纳米化，最终获得高的强度、硬度和耐磨性。
[0006]步骤二，拉拔准备:将板材进行磷化皂化后、在板材外表面涂覆二硫化钼与石蜡混合物，把准备好的板材的第一部分的钢绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下把板材放入S型通道模具。
[0007]步骤三，拉拔变形与成形:拉拔装置以5mm/s-20mm/s的牵引速度将板材通过S型通道模具变形与齿条口模成形拉拔综合成形，拉拔后重复上一次的拉拔变形一次，通过两次拉拔可以累积足够的应变，最终获得高强度38CrMnAl纳米材料齿条板，通过拉拔可成形上下端面都有齿条的齿条板，加工效率高，不浪费材料。
[0008]步骤四，获得38CrMnAl纳米材料齿条:获得较长尺寸的38CrMnAl纳米材料齿条板，由于齿条板上下端面都有齿条，沿其中心线线切割可获得两块齿条板，将齿条板线切割最终成形齿条成品件，该工序可以实现更高的齿条加工效率，不用因宽度不同而重复制造模具，一次性就可以生产接近最终形状的直齿齿条产品，减少了加工工序。
[0009]本发明实现齿条拉拔变形的S型通道模具，包括S型通道凹模、第一次预应力压套、第二次预应力压套，及相应的附属部件钢绳卡头和钢绳。
[0010]本发明的有益效果是:采用此种方案，通过S型通道模具拉拔两次变形方法拉拔齿条，齿条板在拉拔过程中横截面的形状及尺寸不改变，该方法可以实现齿条的微观组织纳米化，从而获得性能优良的高强度38CrMnAl纳米材料齿条。在S型通道模具基础上实现了齿条的连续拉拔变形，既实现了齿条板金属的纳米化，又减轻了操纵工人的劳动强度，拓宽了薄壁齿条的应用范围。
[0011]【附图说明】:
下面是结合附图和实施例对本发明的具体实施方案进行详细地说明。
[0012]图1为本发明S型通道模具拉拔工艺装置图；
图2为本发明齿条口模示意图
图3纳米薄壁齿条加工过程示意图；
图4获得的挤压试样透射电镜微观照片；
图5为拉拔板材试样的真实应力-应变曲线。
[0013]上述图中的标记为:
图1为本发明S型通道模具拉拔工艺装置图的1.S型通道凹模，2.挤压件板材，3.第一层凹模预应力套圈，4.第二层凹模预应力套圈，5.卡头，6.钢丝绳，7.预应力模具底座。
[0014]图2为本发明齿条口模示意图的1.齿条口模齿形，2.齿条口模齿顶，3.齿条板。
【具体实施方式】
[0015]实施例、一种高强度的38CrMnAl纳米材料齿条制备方法
将即将拉拔的板材分为二部分，第一部分是板材拉拔端部分:该部分在端口部设置钢绳卡头；将即将拉拔的板材在端口部设置钢绳卡头；将板材进行磷化皂化后、在板材外表面涂覆二硫化钼与石蜡混合物，把准备好的板材的第一部分的钢绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下把板材放入S型通道模具。拉拔装置以12mm/s的牵引速度将板材通过S型通道模具拉拔，拉拔后再重复上一次的拉拔变形一次，然后获得具有高强度、高硬度、上下端面都有齿条的38CrMnAl纳米材料齿条板，同时也相应对齿条板进行了去应力退火工艺，沿其中心线线切割可获得两块齿条板，然后通过线切割齿条板最终成形齿条成品件，获得力学性能优良的高强度、高硬度和高耐磨的38CrMnAl纳米材料齿条。
[0016]从图4所示的纳米薄壁齿条试样透射电镜微观照片可以看出齿条的平均晶粒组织是小于500nm的纳米材料。根据Hall-Pech公式可知，材料的晶粒尺寸越小，其外在宏观力学性能越高。
[0017]本发明提供的一种高强度38CrMnAl纳米材料齿条可采用简单的线材拉拔加工设备，获得的材料有高的硬度和强度，同时保持较好的硬度和耐磨，38CrMnAl纳米材料齿条具有潜在的应用价值，可应用于高端机床、工业机器人减速器领域方面。
[0018]本发明所采用的凹模S型通道结构，均可采用现有技术，本发明并不局限于上述所列举的具体实施形式，凡本领域技术人员不经过创造性劳动所能得到的改进，均属于本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种高强度的38CrMnAl纳米材料齿条制备方法，可以低成本制备高强度、高硬度和高耐磨性的薄壁直齿条，其特征是:提供一种通过S型模具通道与齿条口模模具拉拔法，通过拉拔获得高强度38CrMnAl纳米材料齿条板，然后通过切割齿条板，制备高强度38CrMnAl纳米材料齿条。2.根据权利要求1所述的一种高强度的38CrMnAl纳米材料齿轮制备方法，其特征是:把准备好的板材的第一部分的钢绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下把板材放入S型通道模具，拉拔装置以12mm/s的牵引速度将板材通过S型通道模具拉拔，拉拔后再重复上一次的拉拔变形一次，然后获得具有高强度、高硬度、上下端面都有齿条的38CrMnAl纳米材料齿条板。3.根据权利要求1所述的一种高强度的38CrMnAl纳米材料齿轮制备方法，其特征是:获得的纳米薄壁齿条试样的平均晶粒组织是小于500nm的纳米材料，该材料的获得可采用简单的线材拉拔加工设备，获得的材料有高的硬度和强度，同时保持较好的硬度和耐磨，38CrMnAl纳米材料齿条具有潜在的应用价值，可应用于高端机床、工业机器人减速器领域方面。
【专利摘要】本发明涉及一种齿条成形领域，尤其是涉及一种制备高强度38CrMnAl纳米材料齿条的方法及模具。本发明的特点是可以低成本制备高强度38CrMnAl纳米材料齿条，同时通过S型通道与齿条口模模具，通过两次拉拔可以累积足够的应变，最终获得高强度38CrMnAl纳米材料齿条板。在S型通道模具基础上实现了齿条的连续拉拔变形，既实现了齿条板金属的纳米化，又减轻了操纵工人的劳动强度，拓宽了薄壁齿条的应用范围。
【IPC分类】B21C1/16, B21C3/04, B21C9/02
【公开号】CN105149368
【申请号】CN201510525840
【发明人】徐淑波, 李振东, 任国成, 林晓娟, 范小红
【申请人】山东建筑大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月25日