一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，包括如下步骤：1)制坯；2)正火；3)车削加工；4)渗碳、淬火；5)回火；6)磨削加工；7)磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油。所述锻压工艺步骤设计合理，所得惰齿轮硬度高，耐磨性好，耐腐性高，锻压成本低，锻压工艺对环境友好。
【专利说明】
一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺。
【背景技术】
[0002] 汽车发动机是为汽车提供动力的发动机，是汽车的心脏，影响汽车的动力性、经济 性和环保性。根据动力来源不同，汽车发动机可分为柴油发动机、汽油发动机、电动汽车电 动机以及混合动力等。
[0003] 惰齿轮是汽车发动机组件中众多齿轮中的一种，又称惰性齿轮，是两个不互相接 触的传动齿轮中间起传递作用的齿轮，同时跟这两个齿轮啮合，用来改变被动齿轮的转动 方向，使之与主动齿轮相同。它的作用只是改变转向并不能改变传动比，称之为惰性齿轮。
[0004] 齿轮生产大多采用锻造工艺，锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使 其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压(锻造与 冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优 化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的 铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用乳制的板材、型 材或焊接件外，多采用锻件。
[0005] 其中，锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合 金。材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。金属在变形前的横断面积与变形 后的横断面积之比称为锻造比。正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始 锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。
[0006] 对于汽车发动机用齿轮的锻造，目前国内主要存在如下文献：
[0007] 专利公开号:CN102218500A，公开了一种汽车变速箱倒档惰轮精锻成形工艺方法， 将原材料钢棒剪切成符合要求的料段；将料段喷涂润滑剂并烘干;将坯料加热至700-750 °C，在温锻压力机上温锻成带有导入角和齿形的预锻坯;对预锻坯等温正火处理、喷砂、表 面高分子润滑处理;将预锻坯在液压机上冷挤压齿形；放入齿形精整模具中，冷精整导入 角；放入倒锥模具中，冷精整倒锥角。本发明的方法，带保护气氛加热温锻的方法锻出预制 坯，比热锻的齿形精度高，表面粗糙度好;把后工序分解成冷挤压齿形、冷精整导入角、冷精 整倒锥角三道工序，有利于逐步提升齿形精度，减少预锻坯齿形精度所带来的"遗传"效应； 比切削加工效率高，节材，节能，省时。然而，该专利所提供的锻造方法，主要用于汽车变速 箱，且为倒挡惰轮，其结构与本发明所述发动机用惰齿轮存在明显差别，适用锻造工艺也有 区别。
【发明内容】
[0008] 为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种汽车发动机用惰齿轮锻压工 艺，所述锻压工艺步骤设计合理，所得惰齿轮硬度高，耐磨性好，耐腐性高，锻压成本低，锻 压工艺对环境友好。
[0009] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0010] -种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，包括如下步骤：
[0011] 1)制坯
[0012] 将用于制造惰齿轮的齿轮钢放入热模锻压力机中进行锻造，锻造压力为800~ lOOOMPa，锻造比为2~3,始锻温度1100~1200°C，终锻温度950~1050°C，得所述惰齿轮坯 件，坯件高度与坯件直径之间比值为1.5~2.5;
[0013] 2)正火
[0014] 将所述坯件置于正火炉中，以1.5~2°C/min的速率升温至680~700°C，再以1.0~ 1.5°C/min的速率升温至960~1050 °C，保温2~2.5小时出炉，空冷至室温，冷却速度10~15 °C/min；
[0015] 3)车削加工
[0016] 采用数控车床对正火处理后的毛坯进行车削加工，进行切边、冲孔，同步完成坯件 孔径、端面及外圆的加工，孔径、端面及外圆分别预留1~2mm的加工余量，整体表面粗造度 为Ra5~6ym;
[0017] 4)渗碳、淬火
[0018]将车削加工后的坯件置于加热炉内，在渗碳剂中以15~20°C/min的速率升温至 900~950 °C进行渗碳，渗碳时间2~4小时，将渗碳后的齿轮冷却至810~850°C，均温1~1.5 小时，然后在80~100 °C淬火油中淬火；
[0019] 5)回火
[0020] 将淬火后的坯件送入回火炉中进行回火处理，回火温度500~550°C，保温2~4h 后，以10°C/min的速度冷却至室温；
[0021] 6)磨削加工
[0022] 对回火处理后的坯件的孔径、端面及外圆进行磨削加工，磨削去除外圆加工余量 至表面粗造度为RaO. 6~0.8μηι，磨削去除孔径加工余量至表面粗糙度为RaO. 6~0.8μηι，磨 削去除端面加工余量至表面粗糙度为RaO. 6~0.8μπι;
[0023] 7)磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油
[0024] 将磨削加工处理后的坯件进行磷皂化处理，清理去除表面氧化皮，送入齿轮抛光 机抛光，涂覆防锈油，干燥，得所述汽车发动机用惰齿轮。
[0025]进一步，所述惰齿轮用齿轮钢其化学成分质量百分比为：C: 0.16~0.21 %，Si : 0.10~0.12%，Mn:0.80~1.15%，Cr:1.20~1.21%，P:0.015~0.018%，Al:0.05~ 0.07%，Ni :0.01 ~0.25%，Mo :0.15~0.35%，W:0.08~0.15%，Nb:0.08~0.15%，Ν:0.001 ~0.002%，0:0.001~0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0026]另，所述惰齿轮用齿轮钢生产方法包括如下步骤：
[0027] 1)冶炼、铸造
[0028] 按下述化学成分采用电炉进行冶炼、铸造:C:0.16~0.21%，Si :0.10~0.12%， Μη:0.80~1.15%，Cr:l .20~1.21 %，P:0.015~0.018%，A1:0.05~0.07%，Ni :0.01 ~ 0.25%，Μ〇:0· 15~0.35%，W:0.08~0· 15%，Nb:0.08~0· 15%，Ν:0·001~0.002%，0: 0.001~0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质；按上述成分进行冶炼并浇铸成铸坯；
[0029] 2)铸坯加热
[0030] 将所得铸坯送至加热炉加热，铸坯在炉时间1.2~1.5min/mm，铸坯出炉温度1230 ~1265°C;
[0031] 3)乳制、冷却
[0032] 将所得铸坯保温后乳制，终乳温度1000~1050°C，乳后待温至830~860°C，然后水 冷至室温、酸洗，得所述惰齿轮用齿轮钢。
[0033]另有，步骤1)所用热模锻压力机为1600T热模锻压力机或4000T热模锻压力机。
[0034]再，步骤1)中所述锻造采用闭式热模锻。
[0035]再有，步骤4)所用渗碳剂为煤油。
[0036]且，步骤4)所述渗碳步骤中，渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段，起始阶段 的碳势CP为0.8~0.9C%，强渗阶段的碳势CP为0.9~1.02C% ;扩散阶段的碳势0.75~ 0.5C%，起始阶段的时间为0.5~0.8小时，强渗阶段的时间1.2~2.5小时，扩散阶段的时间 为0.3~0.7小时。
[0037] 另，所述磷皂化处理时间为1~2小时。
[0038]本发明的有益效果在于：
[0039] 所述锻造工艺结合汽车发动机用惰齿轮结构专门设计，不需要剃齿等工序，工艺 步骤设计合理，针对性强，所述惰齿轮采用特制齿轮钢锻压而成，齿表面硬度为60~65HRC; 有效硬化层深HV550;芯部硬度40~45HRC，适应汽车发动机高速运转的特性，抗拉强度高达 900~lOOOMPa，屈服强度高达800~900MPa，在解除疲劳循环基础N= 5 X 107时，惰齿轮弯曲 疲劳极限〇fiim高达490~510MPa，通过磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油处理，惰齿轮表面 光泽度高，美观实用，且耐腐蚀能力强。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明所提供的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺所得惰齿轮的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0041] 以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。实施例中采用的实 施条件可以根据厂家的条件作进一步调整，未说明的实施条件通常为常规实验条件。
[0042] 参见图1，本发明所提供的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺所得惰齿轮100的形 状为一圆环，圆环表面中部设一环形凹槽101，环形凹槽101表面沿周向间隔开设7个通孔 102〇
[0043] 结合图1，本发明所提供的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，包括如下步骤：
[0044] 1)制坯
[0045]将用于制造惰齿轮的齿轮钢放入热模锻压力机中进行锻造，锻造压力为800~ lOOOMPa，锻造比为2~3,始锻温度1100~1200°C，终锻温度950~1050°C，得所述惰齿轮坯 件，坯件高度与坯件直径之间比值为1.5~2.5;
[0046] 2)正火
[0047] 将所述坯件置于正火炉中，以1.5~2°C/min的速率升温至680~700°C，再以1.0~ 1.5°C/min的速率升温至960~1050 °C，保温2~2.5小时出炉，空冷至室温，冷却速度10~15 °C/min；
[0048] 3)车削加工
[0049] 采用数控车床对正火处理后的毛坯进行车削加工，进行切边、冲孔，同步完成坯件 孔径、端面及外圆的加工，孔径、端面及外圆分别预留1~2mm的加工余量，整体表面粗造度 为Ra5~6ym;
[0050] 4)渗碳、淬火
[0051] 将车削加工后的坯件置于加热炉内，在渗碳剂中以15~20°C/min的速率升温至 900~950 °C进行渗碳，渗碳时间2~4小时，将渗碳后的齿轮冷却至810~850°C，均温1~1.5 小时，然后在80~100 °C淬火油中淬火；
[0052] 5)回火
[0053] 将淬火后的坯件送入回火炉中进行回火处理，回火温度500~550°C，保温2~4h 后，以10°C/min的速度冷却至室温；
[0054] 6)磨削加工
[0055] 对回火处理后的坯件的孔径、端面及外圆进行磨削加工，磨削去除外圆加工余量 至表面粗造度为RaO. 6~0.8μηι，磨削去除孔径加工余量至表面粗糙度为RaO. 6~0.8μηι，磨 削去除端面加工余量至表面粗糙度为RaO. 6~0.8μπι;
[0056] 7)磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油
[0057] 将磨削加工处理后的坯件进行磷皂化处理，清理去除表面氧化皮，送入齿轮抛光 机抛光，涂覆防锈油，干燥，得所述汽车发动机用惰齿轮。
[0058] 进一步，所述惰齿轮用齿轮钢其化学成分质量百分比为：C: 0.16~0.21 %，Si : 0.10~0.12%，Mn:0.80~1.15%，Cr:1.20~1.21%，P:0.015~0.018%，Al:0.05~ 0.07%，Ni :0.01 ~0.25%，Mo :0.15~0.35%，W:0.08~0.15%，Nb:0.08~0.15%，Ν:0.001 ~0.002%，0:0.001~0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0059] 另，所述惰齿轮用齿轮钢生产方法包括如下步骤：
[0060] 1)冶炼、铸造
[0061 ] 按下述化学成分采用电炉进行冶炼、铸造:C:0.16~0.21%，Si :0.10~0.12%， Μη:0.80~1.15%，Cr:l .20~1.21 %，P:0.015~0.018%，A1:0.05~0.07%，Ni :0.01 ~ 0.25%，Μ〇:0· 15~0.35%，W:0.08~0· 15%，Nb:0.08~0· 15%，Ν:0·001~0.002%，0: 0.001~0.0015%，余量为Fe和不可避免的杂质；按上述成分进行冶炼并浇铸成铸坯；
[0062] 2)铸坯加热
[0063] 将所得铸坯送至加热炉加热，铸坯在炉时间1.2~1.5min/mm，铸坯出炉温度1230 ~1265°C;
[0064] 3)乳制、冷却
[0065] 将所得铸坯保温后乳制，终乳温度1000~1050°C，乳后待温至830~860°C，然后水 冷至室温、酸洗，得所述惰齿轮用齿轮钢。
[0066]另有，步骤1)所用热模锻压力机为1600T热模锻压力机或4000T热模锻压力机。 [0067]再，步骤1)中所述锻造采用闭式热模锻。
[0068]再有，步骤4)所用渗碳剂为煤油。
[0069]且，步骤4)所述渗碳步骤中，渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段，起始阶段 的碳势CP为Ο . 8~Ο . 9C%，强渗阶段的碳势CP为Ο . 9~1.02C% ;扩散阶段的碳势Ο . 75~ 0.5C%，起始阶段的时间为0.5~0.8小时，强渗阶段的时间1.2~2.5小时，扩散阶段的时间 为0.3~0.7小时。
[0070] 另，所述磷皂化处理时间为1~2小时。
[0071]其中，表1为本发明各个实施例所提供的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺中所 用齿轮钢的成分列表。表2为本发明各个实施例所提的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺 所得惰齿轮的机械性能列表。
[0072] 表 1(单位:wt%)
[0073]
[0076]本发明所提供的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，所述锻造工艺结合汽车发动 机用惰齿轮结构专门设计，不需要剃齿等工序，工艺步骤设计合理，针对性强，所得惰齿轮 采用特制齿轮钢锻压而成，齿表面硬度为HRC60~65HRC;有效硬化层深HV550;芯部硬度 HRC40~45HRC，适应汽车发动机高速运转的特性，抗拉强度高达900~lOOOMPa，屈服强度高 达800~900MPa，在解除疲劳循环基础N = 5 X 107时，惰齿轮弯曲疲劳极限〇f lim高达490~ 510MPa，通过磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油处理，惰齿轮表面光泽度高，美观实用，且耐 腐蚀能力强。
[0077]需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术 方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权 利要求范围中。
【主权项】
1. 一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，其特征在于，包括如下步骤： 1) 制坯 将用于制造惰齿轮的齿轮钢放入热模锻压力机中进行锻造，锻造压力为800~lOOOMPa， 锻造比为2~3,始锻温度1100~1200°C，终锻温度950~1050°C，得所述惰齿轮坯件，坯件高度 与坯件直径之间比值为1.5~2.5; 2) 正火 将所述坯件置于正火炉中，以1.5~2°C/min的速率升温至680~700°C，再以1.0~1.5°C/ min的速率升温至960~1050°C，保温2~2.5小时出炉，空冷至室温，冷却速度10~15°(：/1^11; 3) 车削加工 采用数控车床对正火处理后的毛坯进行车削加工，进行切边、冲孔，同步完成坯件孔 径、端面及外圆的加工，孔径、端面及外圆分别预留1~2mm的加工余量，整体表面粗造度为 Ra5 ~6μπι; 4) 渗碳、淬火 将车削加工后的坯件置于加热炉内，在渗碳剂中以15~20°C/min的速率升温至900~950 °(：进行渗碳，渗碳时间2~4小时，将渗碳后的齿轮冷却至810~850 °C，均温1~1.5小时，然后在 80~100 °C淬火油中淬火； 5) 回火 将淬火后的坯件送入回火炉中进行回火处理，回火温度500~550°C，保温2~4h后，以10 °C/min的速度冷却至室温； 6) 磨削加工 对回火处理后的坯件的孔径、端面及外圆进行磨削加工，磨削去除外圆加工余量至表 面粗造度为RaO. 6~0.8μπι，磨削去除孔径加工余量至表面粗糙度为RaO. 6~0.8μπι，磨削去除 端面加工余量至表面粗糙度为RaO. 6~0.8μπι; 7) 磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油 将磨削加工处理后的坯件进行磷皂化处理，清理去除表面氧化皮，送入齿轮抛光机抛 光，涂覆防锈油，干燥，得所述汽车发动机用惰齿轮。2. 根据权利要求1所述的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，其特征在于，所述惰齿轮 用齿轮钢其化学成分质量百分比为：C: 0.16~0.21%，Si: 0.1(M). 12%，Mn :0.80~1.15%，Cr: 1.20~1.21%，P:0.015~0.018%，Al:0.05~0.07%，Ni :0.01~0.25%，Mo:0.15~0.35%，W:0.08~ 0.15%，他:0.08~0.15%，10.001~0.002%，0:0.001~0.0015%，余量为？6和不可避免的杂质。3. 根据权利要求2所述的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，其特征在于，所述惰齿轮 用齿轮钢生产方法包括如下步骤： 冶炼、铸造 按下述化学成分采用电炉进行冶炼、铸造：C: 0.16~0.21%，Si : 0.10~0.12%，Mn: 0.80~ 1.15%,Cr:1.20-1.21%,P:0.015-0.018%,Al :0.05-0.07%,Ni :0.01-0.25%,Mo:0.15-0.35%, ￥:0.08~0.15%，恥：0.08~0.15%，10.001~0.002%，0:0.001~0.0015%，余量为卩6和不可避免 的杂质;按上述成分进行冶炼并浇铸成铸坯； 铸坯加热 将所得铸坯送至加热炉加热，铸坯在炉时间1.2~1.5min/mm，铸坯出炉温度1230~1265 °c； 车L制、冷却 将所得铸坯保温后乳制，终乳温度1000~1050°c，乳后待温至830~860°C，然后水冷至 室温、酸洗，得所述惰齿轮用齿轮钢。4. 根据权利要求1所述的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，其特征在于，步骤1)所用 热模锻压力机为1600T热模锻压力机或4000T热模锻压力机。5. 根据权利要求1所述的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，其特征在于，步骤1)中所 述锻造采用闭式热模锻。6. 根据权利要求1所述的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，其特征在于，步骤4)所用 渗碳剂为煤油。7. 根据权利要求1所述的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，其特征在于，步骤4)所述 渗碳步骤中，渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段，起始阶段的碳势CP为0.8~0.9C%，强 渗阶段的碳势CP为0.9~1.02C%;扩散阶段的碳势0.75~0.5C%，起始阶段的时间为0.5~0.8小 时，强渗阶段的时间1.2~2.5小时，扩散阶段的时间为0.3~0.7小时。8. 根据权利要求1所述的一种汽车发动机用惰齿轮锻压工艺，其特征在于，所述磷皂化 处理时间为1~2小时。
【文档编号】C22C38/12GK105945537SQ201610389187
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】甘元, 张添鑫, 陆以春, 陈波, 易立, 王正国
【申请人】江苏保捷锻压有限公司