专利名称：一种渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮热精锻加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及齿轮，及其材料。尤其是一种用渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮热精锻
加工工艺。
背景技术：
轧制棒料直接切削加工成的齿轮，其工作齿根处的正应力与纤维组织方向垂直，齿轮的力学性能很差，但是经过镦粗后棒料在切削加工制得齿轮，其纤维组织弯曲呈放射状，齿轮根部正应力与纤维组织方向平行，则力学性能要好的多。同时在一般的齿轮加工中，其加工材料多采用采用钢、铁等，但钢、铁齿轮一般加工工序多工艺较复杂，生产周期长，生产效率低，生产成本也比较高。其他材料的齿轮由于某些缺点也只能用于特定场合，而对齿轮的加工常用工艺为传统的加工方法一般有下列方法一是将坯料锻打预成形后再用切削对齿部加工，该方法不仅费工费料，而且齿根处有退刀槽，影响结合齿强度；另一种方法是齿部与主体以电子束焊接成形，但这样存在应力集中现象。从而导致产品出现质量的缺陷，在应用中经常引发事故。近年来，虽然有人提出铸造挤压成形的加工方法，齿形无需切削加工，但目前多采用冷挤压，一般组织颗粒比较粗大，力学性能差，而且使用寿命短，这样就导致在预成形过程中，使材料变形抗力大，导致模具寿命降低，不能满足产业化生产要求。但是经锻造后，可以获得一定的锻造流线组织，因此齿轮的性能得到极大改善。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种采用渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮精锻加工方法。本发明设计的齿轮热精锻加工工艺，其所用材料包括了下列元素的百分比含量Pb 0. 05 0. 12%, Si :0. 10 0. 20%, C :0. I 0. 19%, Cr :0. 9 I. 20%, Ti :0. 04 0. 09%。持此之外还包含一定量可控的S，P等杂质。优选Pb :0. 07 0. 10%, Si :0. 11 0. 17%, C 0. 12 0. 17%, Cr :0. 10 I. 10%, Ti :0. 05 0. 08%，其特征在于采用了下列的加工工艺
热精锻加工工艺，步骤如下(I)镦粗拔长棒料将上述材料的棒料镦粗，首先轴向墩粗将棒料沿轴向墩粗，成为扁圆形之后再拔长坯料，将扁圆形锻件拔长成方形截面的长方体，在墩粗至立方体，将锻件翻转90“进行变向锻造，墩粗成圆柱体，在镦粗过程中加热要均匀，使变形均匀，并且镦粗面要与轴线垂直，同时将毛坯原始高度和直径比控制在小于2. 5之内，经过多次镦粗后，避免了锻件的撕裂，(2)将镦粗后的坯料在镦粗台进行制坯，以便金属合理分布并很好的充满模膛，使坯料基本符合齿轮形状，(3)对齿坯进行锻模首先将齿坯放入预锻模膛，使与模垫相连的下模和禁固在垂头的上模一起上下运动，使毛坯在冲击力的作用下充满整个模膛，然后在终锻模膛进行挤压，在挤压过程中使模膛尺寸比齿轮齿轮放大一个收缩量。同时变形温度控制在1200-800°C，挤压力控制在20-40Mpa，(4)将模锻后的齿轮的毛边去除，为热处理做好准备，(5)正火处理，将齿轮锻件送入加热炉，加热炉温度控制在900-100(TC;保温0. 5-3h ;之后将锻件送到风冷室，进行齿轮表面渗氮，冷却至550-650°C后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为500-650°C，保温0. 3-2. 5h，后出炉空冷，(6)将渗氮后的齿轮经抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(7)精整加工。本发明的优点之一在于通过更换材质及工艺，锻压后不需要切削加工，齿根部无退刀槽，克服了齿轮根部应力集中和易断齿的缺陷，而且增强齿轮的耐磨性和强度，延长了使用寿命。本发明的优点之二 采用热模锻，变形后金属具有再 结晶组织而无加工硬化现象，次法能以较小的功达到较大变形，同时获得高力学性能的再结晶组织。本发明的优点之三不需要切削加工，不仅避免了应力集中想象，而且节省材料和加工工序，因此提高了材料的利用率和生产效率。本发明的优点之四实现了批量生产，齿轮生产成本低，材料综合机械性能有所提高，产品性能好，质量稳定，因此能满足产业化生产要求，从而得到广泛的应用。
具体实施例方式实施例一一种采用渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮精锻加工方法，该齿轮材料包含其百分比含量为Pb 0. 05%, Si 0. 10%, C 0. 1%, Cr :0. 9%, Ti :0. 04%。持此之外还包含一定量可控的S，P等杂质。采用的加工工艺热精锻加工工艺，步骤如下(I)镦粗拔长棒料将上述材料的棒料镦粗，首先轴向墩粗将棒料沿轴向墩粗，成为扁圆形之后再拔长坯料，将扁圆形锻件拔长成方形截面的长方体，在墩粗至立方体，将锻件翻转90 “进行变向锻造，墩粗成圆柱体，在镦粗过程中加热要均匀，使变形均匀，并且镦粗面要与轴线垂直，同时将毛坯原始高度和直径比控制在为2. 0，(2)将镦粗后的坯料在镦粗台进行制坯，(3)对齿坯进行锻模首先将齿坯放入预锻模膛，使与模垫相连的下模和禁固在垂头的上模一起上下运动，使毛坯在冲击力的作用下充满整个模膛，然后在终锻模膛进行挤压，在挤压过程中使模膛尺寸比齿轮齿轮放大一个收缩量。同时变形温度始锻温度为1200°C，终锻温度为800°C，挤压力为20Mpa，(4)将模锻后的齿轮的毛边去除，(5)正火处理，将齿轮锻件送入加热炉，加热炉温度控制在900°C;保温0. 5h ;之后将锻件送到风冷室，进行齿轮表面渗氮，冷却至600°C后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为500°C，保温0. 3h，后出炉空冷，(6)将渗氮后的齿轮经抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(7)精整加工。实施例二一种采用渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮精锻加工方法，该齿轮材料包含其百分比含量为Pb 0. 10%, Si 0. 17%, C 0. 17%, Cr :1. 10%, Ti :0. 08%。持此之外还包含一定量可控的S，P等杂质。采用的加工工艺热精锻加工工艺，步骤如下(I)镦粗拔长棒料将上述材料的棒料镦粗，首先轴向墩粗将棒料沿轴向墩粗，成为扁圆形之后再拔长坯料，将扁圆形锻件拔长成方形截面的长方体，在墩粗至立方体，将锻件翻转90 “进行变向锻造，墩粗成圆柱体，在镦粗过程中加热要均匀，使变形均匀，并且镦粗面要与轴线垂直，同时将毛坯原始高度和直径比控制在为I. 8，(2)将镦粗后的坯料在镦粗台进行制坯，(3)对齿坯进行锻模首先将齿坯放入预锻模膛，使与模垫相连的下模和禁固在垂头的上模一起上下运动，使毛坯在冲击力的作用下充满整个模膛，然后在终锻模膛进行挤压，在挤压过程中使模膛尺寸比齿轮齿轮放大一个收缩量。同时变形温度始锻温度为1100°c，终锻温度为750°C，挤压力为30Mpa，(4)将模锻后的齿轮的毛边去除，(5)正火处理，将齿轮锻件送入加热炉，力口热炉温度控制在920°C;保温Ih ;之后将锻件送到风冷室，进行齿轮表面渗氮，冷却至610°C后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为550°C，保温lh，后出炉空冷，(6)将渗氮后的齿轮经抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(7)精整加工。申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味 着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
权利要求
1.一种20CrMnTi渗碳钢材料齿轮的加工方法，其主要包括了下列元素的百分含量Pb :0. 05 0. 12%, Si :0. 10 0. 20%, C :0. I 0. 19%, Cr :0. 9 I. 20%, Ti :0. 04 0. 09%。除此之外还包含一定量可控的S，P等杂质，其特征在于采用了下列的加工工艺为精锻加工工艺法，(I)镦粗拔长棒料将上述材料的棒料镦粗，首先轴向墩粗将棒料沿轴向墩粗，成为扁圆形之后再拔长坯料，将扁圆形锻件拔长成方形截面的长方体，在墩粗至立方体，将锻件翻转90°进行变向锻造，墩粗成圆柱体，在镦粗过程中加热要均匀，使变形均匀，并且镦粗面要与轴线垂直，同时将毛坯原始高度和直径比控制在小于2. 5之内，经过多次镦粗后，避免了锻件的撕裂，(2)将镦粗后的坯料在镦粗台进行制坯，以便金属合理分布并很好的充满模膛，使坯料基本符合齿轮形状，(3)对齿坯进行锻模首先将齿坯放入预锻模膛，使与模垫相连的下模和紧固在垂头的上模一起上下运动，使毛坯在冲击力的作用下充满整个模膛，然后在终锻模膛进行挤压，在挤压过程中使模膛尺寸比齿轮放大一个收缩量。同时变形温度控制在1200-800°C，挤压力控制在20-40Mpa，(4)将模锻后的齿轮的毛边去除，为热处理做好准备，(5)正火处理，将齿轮锻件送入加热炉，加热炉温度控制在900-100(TC ;保温0. 5-3h ;之后将锻件送到风冷室，进行齿轮表面渗氮，冷却至550-650°C后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为500-650°C，保温0. 3-2. 5h，后出炉空冷，(6)将渗氮后的齿轮经抛丸去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(7)精整加工。
2.根据权利要求书I所述的方法，其特征在于Pb:0. 07 0. 10%, Si :0. 11 0. 17%，C :0. 12 0. 17%, Cr :0. 10 I. 10%, Ti :0. 05 0. 08%,除此之外还包含一定量可控的S，P等杂质。
全文摘要
本发明公开了一种渗碳钢20CrMnTi为材料的齿轮热精锻加工工艺。具体包括镦粗拔长—制坯—锻模—去毛边—锻后处理(包括淬火、调质热处理，齿面热处理通过渗氮、表面淬火、正火来完成。最后喷砂去除氧化皮、表面酸处理)—齿形冷精整。该发明简化锻造工艺过程，减少工序、加工产品质量好，能实现规模化生产，以达到优质、节材、节能和节时的目的，同时还能较显著地提高模具的使用寿命，从而制的齿轮的耐磨性大大增强，克服了齿面点蚀剥落现象，强度大大提高，延长了使用寿命，成本得以降低。
文档编号C22C38/60GK102764838SQ20121023175
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者靳玉生 申请人:无锡市钻通工程机械有限公司