一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，包括如下步骤：1)压制；2)烧结；3)制坯；4)正火；5)车削加工；6)渗碳、淬火；7)回火；8)磨削加工；9)磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油。采用粉末锻压工艺，配合符合主减速齿轮结构的模具，可有效减少粉末浪费，提升利用效率，粉末采用合金钢粉末混合形成，多种元素的组合，可有效提升主减速齿轮的性能，所得主减速齿轮硬度高，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】
一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺。
【背景技术】
[0002] 手动变速箱称手动变速器(Manual Transmission，简称MT)又称机械式变速器，即 必须用手拨动变速杆(俗称"挡把"）才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而 达到变速的目的。
[0003] 手动变速箱是有不同齿比的齿轮组构成的，它工作的基本原理就是通过切换不同 的齿轮组，来实现齿比的变换。作为分配动力的关键环节，变速箱必须有动力输入轴和输出 轴这两大件，再加上构成变速箱的齿轮，就是一个手动变速箱最基本的组件。动力输入轴与 离合器相连，从离合器传递来的动力直接通过输入轴传递给齿轮组，齿轮组是由直径不同 的齿轮组成的，不同的齿轮比例所达到的动力传输效果是完全不同的，平常驾驶中的换挡 也就是指换齿轮比。
[0004]主减速齿轮是汽车手动变速箱的重要零件，齿轮在运转中，由于受高压的挤压作 用，对于性能差的齿轮，会在齿轮表面先形成极小的裂纹，然后裂纹发展成浅凹坑，此凹坑 即为齿面点蚀(麻点）。对于表面渗碳的齿轮，如果齿轮心部硬度不足，渗碳层太薄及表面强 度不够时，受负荷后易产生心部过渡层的塑性变形，使渗碳层出现比点蚀更深更大的凹坑， 即齿面剥落。
[0005] 主减速齿轮的生产工艺对主减速齿轮的性能影响具有重要的决定性，目前，主减 速齿轮的生产采用锻造工艺，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。
[0006] 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。
[0007] 而粉末锻造，powder forging，通常是指将粉末烧结的预成形还经加热后，在闭式 模中锻造成零件的成形工艺方法。它是将传统粉末冶金和精密锻造结合起来的一种新工 艺，并兼两者的优点。可以制取密度接近材料理论密度的粉末锻件，克服了普通粉末冶金零 件密度低的缺点。使粉末锻件的某些物理和力学性能达到甚至超过普通锻件的水平，同时， 又保持了普通粉末冶金少肩、无肩工艺的优点。通过合理设计预成形坯和实行少、无飞边锻 造，具有成形精确，材料利用率高，锻造能量消耗少等特点。
[0008] 目前，国内并未发现关于汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻造工艺，而对于 粉末锻造工艺，国内主要存在如下专利文献：
[0009] 专利公开号:CN105312585A，公开了一种叉车变速箱齿轮的粉末锻造方法，其包括 配料及混料、压制、烧结、锻造、热处理、表面喷丸强化处理等步骤。与现有技术相比较，采用 本发明粉末锻造方法制得的叉车变速箱齿轮具有较好的综合性能，不仅具有较高的强度和 硬度，还具有优良的韧性、耐磨性、耐疲劳性和抗冲击性，适合用于叉车变速箱齿轮这样的 受到较大的冲击力和磨损的环境中长期工作的要求。然而，该专利主要用于变速箱齿轮的 粉末锻造，其仅仅在粉末锻造阶段工序处理的较为详细，而对于锻造完成后的后处理，也仅 仅有热处理及抛丸，缺少对于齿轮表面的磨削及其他处理，齿轮表面性能及强度不理想。
【发明内容】
[0010] 为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种汽车手动变速箱用主减速齿 轮的粉末锻压工艺，采用粉末锻压工艺，配合符合主减速齿轮结构的模具，可有效减少粉末 浪费，提升利用效率，粉末采用合金钢粉末混合形成，多种元素的组合，可有效提升主减速 齿轮的性能，所得主减速齿轮硬度高，耐磨性好，耐腐性高，锻压成本低，锻压工艺对环境友 好。
[0011]为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0012] -种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，包括如下步骤：
[0013] 1)压制
[0014] 取主减速齿轮用合金钢粉末，其化学成分质量百分比为：以质量百分含量计:Ni: 0.4~2%，1〇:0.5~0.6%，(：11 :0.1~2.1%，其余为?6及不可避免的杂质；将所述合金钢粉 末送入压制机压制成粗坯，压制力为2~3t/cm 2;
[0015] 2)烧结
[0016] 将步骤2)所得粗坯送入烧结炉内，在保护气体氛围下进行烧结，烧结温度800~ 900 °C，烧结时间1~2小时；
[0017] 3)制坯
[0018]将步骤3)烧结后的粗坯放入热模锻压力机中进行锻造，锻造压力始锻温度1100~ 1200 °C，终锻温度950~1050°C，得所述主减速齿轮坯件，坯件高度与坯件直径之间比值为 1.5~2.5;
[0019] 4)正火
[0020] 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；
[0021] 5)车削加工
[0022] 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;
[0023] 6)渗碳、淬火
[0024]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；
[0025] 7)回火
[0026] 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；
[0027] 8)磨削加工
[0028] 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;
[0029] 9)磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油
[0030] 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主减速齿轮。
[0031] 进一步，步骤1)所述主减速齿轮用合金钢粉末平均粒径为60~70μπι。
[0032] 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特 征在于，步骤3)所述热模锻压力机中锻压力为800~lOOOMPa。
[0033] 另，步骤3)所述热模锻压力机中锻造比为2~3。
[0034]另有，步骤3)所用热模锻压力机为1600T热模锻压力机或4000T热模锻压力机。
[0035] 再，步骤3)中所述锻造采用闭式热模锻。
[0036] 再有，步骤6)所用渗碳剂为煤油。
[0037] 且，步骤6)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。
[0038] 另，所述磷皂化处理时间为1~2小时。
[0039]再，所述保护气体为氮气或氩气。
[0040]本发明的有益效果在于：
[0041]所述锻造工艺结合汽车手动变速箱用主减速齿轮结构专门设计，不需要剃齿等工 序，工艺步骤设计合理，针对性强，采用粉末锻压工艺，采用闭合模锻，锻件没有飞边，无材 料损耗，最终机械加工余量小，从粉末原材料到成品齿轮，总材料利用率高达95%以上，所 得主减速齿轮采用多元素复合的金钢粉末混合锻压而成，齿表面硬度为70~75HRC，芯部硬 度为45~50HRC，适应汽车差速器运转的特性，抗拉强度高达950~lOOOMPa，屈服强度高达 850~900MPa，在解除疲劳循环基础N = 5X107时，惰齿轮弯曲疲劳极限〇flim高达510~ 520MPa，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。
【附图说明】
[0042]图1为本发明所提供的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺所得主 减速齿轮的结构示意图。
[0043]图2为图1的侧视图。
【具体实施方式】
[0044] 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。
[0045] 本发明所提供的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺所得主减速 齿轮包括一圆环100,圆环100表面依次凸设圆台101和一管体102,圆环100、凸环101及管体 102呈阶梯状排布且同心、同轴设置，圆环100、凸环101及管体102内径逐渐减少。
[0046] 本发明提供一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，包括如下步骤：
[0047] 1)压制
[0048] 取主减速齿轮用合金钢粉末，其化学成分质量百分比为：以质量百分含量计:Ni: 0.4~2%，1〇:0.5~0.6%，(：11 :0.1~2.1%，其余为?6及不可避免的杂质；将所述合金钢粉 末送入压制机压制成粗坯，压制力为2~3t/cm 2;
[0049] 2)烧结
[0050]将步骤2)所得粗坯送入烧结炉内，在保护气体氛围下进行烧结，烧结温度800~ 900 °C，烧结时间1~2小时；
[0051 ] 3)制坯
[0052]将步骤3)烧结后的粗坯放入热模锻压力机中进行锻造，锻造压力始锻温度1100~ 1200 °C，终锻温度950~1050°C，得所述主减速齿轮坯件，坯件高度与坯件直径之间比值为 1.5~2.5;
[0053] 4)正火
[0054] 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；
[0055] 5)车削加工
[0056] 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;
[0057] 6)渗碳、淬火
[0058]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；
[0059] 7)回火
[0060] 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；
[0061 ] 8)磨削加工
[0062] 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;
[0063] 9)磷皂化处理、清理、抛光、涂防锈油
[0064] 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主减速齿轮。
[0065] 进一步，步骤1)所述主减速齿轮用合金钢粉末平均粒径为60~70μπι。
[0066] 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特 征在于，步骤3)所述热模锻压力机中锻压力为800~lOOOMPa。
[0067] 另，步骤3)所述热模锻压力机中锻造比为2~3。
[0068]另有，步骤3)所用热模锻压力机为1600T热模锻压力机或4000T热模锻压力机。 [0069]再，步骤3)中所述锻造采用闭式热模锻。
[0070]再有，步骤6)所用渗碳剂为煤油。
[0071]且，步骤6)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。
[0072] 另，所述磷皂化处理时间为1~2小时。
[0073]再，所述保护气体为氮气或氩气。
[0074] 其中，表1为本发明各个实施例所提供的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮粉末 锻压工艺所得主减速齿轮的机械性能列表。
[0075] 表 1
[0076]
[0077] 本发明所提供的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮粉末锻压工艺，所述锻造工艺 结合汽车手动变速箱用主减速齿轮结构专门设计，不需要剃齿等工序，工艺步骤设计合理， 针对性强，采用粉末锻压工艺，采用闭合模锻，锻件没有飞边，无材料损耗，最终机械加工余 量小，从粉末原材料到成品齿轮，总材料利用率高达95%以上，所得主减速齿轮采用多元素 复合的金钢粉末混合锻压而成，齿表面硬度为70~75HRC，芯部硬度为45~50HRC，适应汽车 差速器运转的特性，抗拉强度高达950~lOOOMPa，屈服强度高达850~900MPa，在解除疲劳 循环基础N=5X10 7时，惰齿轮弯曲疲劳极限〇￡心高达510~520MPa，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。
[0078]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. 一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征在于，包括如下步骤： 1) 压制 取主减速齿轮用合金钢粉末，其化学成分质量百分比为：以质量百分含量计:Ni :0.4~ 2%，Mo: 0.5~0.6%，Cu: 0.1~2.1%，其余为Fe及不可避免的杂质;将所述合金钢粉末送入压制 机压制成粗坯，压制力为2~3t/cm2; 2) 烧结 将步骤2)所得粗坯送入烧结炉内，在保护气体氛围下进行烧结，烧结温度800~900°C， 烧结时间1~2小时； 3) 制坯 将步骤3)烧结后的粗坯放入热模锻压力机中进行锻造，锻造压力始锻温度1100~1200 °C，终锻温度950~1050°C，得所述主减速齿轮坯件，坯件高度与坯件直径之间比值为1.5~ 2.5； 4) 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; 5) 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; 6) 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； 7) 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； 8) 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; 9) 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主减速齿轮。2. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，步骤1)所述主减速齿轮用合金钢粉末平均粒径为60~70μπι。3. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，步骤3)所述热模锻压力机中锻压力为800~I OOOMPa。4. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，步骤3)所述热模锻压力机中锻造比为2~3。5. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，步骤3)所用热模锻压力机为1600T热模锻压力机或4000T热模锻压力机。6. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，步骤3)中所述锻造采用闭式热模锻。7. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，步骤6)所用渗碳剂为煤油。8. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，步骤6)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 的时间为〇. 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。9. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，所述磷皂化处理时间为1~2小时。10. 根据权利要求1所述的一种汽车手动变速箱用主减速齿轮的粉末锻压工艺，其特征 在于，所述保护气体为氮气或氩气。
【文档编号】B23P15/14GK105945289SQ201610389150
【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