CN102873520A - 船用齿轮加工工艺 - Google Patents

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本发明涉及一种齿轮的加工方法，尤其涉及一种大功率且韧性好的船用齿轮的加工工艺。一种船用齿轮加工工艺，第一步，下料进行锻造为一圆柱形胚料；第二步，对胚料进行正火，然后车加工钻中心孔；第三步，利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿；第四步，对工件进行渗碳处理；第五步，渗碳后进行冷却淬火；第六步，进行二次高温油处理消除应力；第七步，对工件进行机加工形成船用齿轮。本发明提供了一种运动精度高，载荷高，表面硬度高，韧性好的大功率船用齿轮的加工工艺；解决了现有技术中存在的加工的齿轮的硬度低，韧性不够，运动精度不高的技术问题。

Description

船用齿轮加工工艺
技术领域
本发明涉及一种齿轮的加工方法，尤其涉及一种大功率且韧性好的船用齿轮的加工工艺。
背景技术
齿轮的传统的加工工艺流程：下料（铸造、锻造）→正火（调质）→金加工（齿部采用滚齿插齿工艺）→再进行高频淬火而成。此类齿轮尽管制造成本较低，但主要受制于传统加工工艺的局限：表现为不能采用更为优质的材料，表面硬度偏低（≤HRC45-52），而且热处理作为最终工序，淬火后变形量无法消除，表面粗糙度始终≤0.8，齿芯部抗拉强度一般在≥420Mpa.制造精度和运动精度均≤8-8-8GB10095-88。很显然，此类传动齿轮局限于应用在转速不高载荷相对较低，运动精度不高的领域。在现在的公开文件中也公开过关于齿轮的加工工艺，如中国专利：“20CrMo渗碳钢齿轮的制作工艺（CN102494106A）”包括如下工序：锻坯一正火一机加工一不完全退火一机加工一渗碳淬火一回火一抛九，其中不完全退火工艺为在气氛的保护下，在Ac1+（30—50)℃的温度条件下保温2小时，并随炉冷却至700~720℃后空冷。但是这种齿轮并不适用于大功率的船用齿轮。
发明内容
本发明提供了一种运动精度高，载荷高，表面硬度高，韧性好的大功率船用齿轮的加工工艺；解决了现有技术中存在的加工的齿轮的硬度低，韧性不够，运动精度不高的技术问题。
本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种船用齿轮加工工艺，其特征在于：第一步，下料进行锻造为一圆柱形胚料；第二步，对胚料进行正火，然后车加工钻中心孔；第三步，利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿；第四步，对工件进行渗碳处理；第五步，渗碳后进行冷却淬火；第六步，进行二次高温油处理消除应力；第七步，对工件进行机加工形成船用齿轮。在经过了正火和冷却淬火后，又增加了一次高温油处理，进一步消除了工件内因为渗碳工艺产生的应力，提高工件的韧性和抗拉强度。表面硬度≥HRC58-62，同时在后面的机加工时，对产品进行粗磨齿和精磨齿并且修缘等处理后，使得粗糙度小于0.4，齿心部的抗拉强度大于510Mpa。同时运转噪音低于70~85分贝。韧性HRS58°-62°。
作为优选，所述的第一步内的齿轮材料为20GrMnTi。具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。而且淬透性能好，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。
作为优选，所述的第二步内的正火是由常温加热至420℃，然后将工件放在炉内进行保温n小时，n为工件的平均厚度。正火温度不高，因为本发明内制造的齿轮对韧性要求较高，希望能实现较好的韧性，因此结合后面的二次高温油处理工艺，进一步消除应力，提高韧性。因此对于正火的温度不能太高，正火的时间是根据齿轮的平均厚度，也就是齿轮主体的宽度。
作为优选，所述的渗碳工艺的渗碳层的厚度为1.2mm~1.8mm，将工件密封于碳粉中，升温至700℃~850℃后保温2-3小时，开炉后扩散10~25分钟，加入常温油，冷却淬火，冷却后在180℃~220℃保持2~3小时。经渗碳淬火后具有较好的韧性和表面硬度。渗碳层的厚度根据齿高决定，在后续工艺的加工过程中进行进一步的加工，同时将渗碳工艺由井式炉改用智能控制，提高渗碳层的稳定性和硬度差高度。在渗碳后经过冷却淬火，方便后续工艺的机加工。
作为优选，所述的第六步内的高温油处理是在温度为280℃~380℃的高温油内浸入2~3小时。因渗碳过程中的除应力处理，不足以完全消除应力，因而产生工件加工完成后各种精度有少量变动，因此将工件放入高温油中，同时二次高温油处理的温度保持在400°左右，可以有效消除应力的同时提高韧性，满足工件的使用需求。
作为优选，所述的第七步内的机加工包括对工件进行对齿轮的齿形进行粗磨和精磨，同时对齿形和齿向进行修缘，齿轮的精磨包括对齿轮的根部加工有圆弧状的过渡段。齿轮包括齿轮主体，在齿轮主体上均布加工齿，齿的齿根与齿轮主体连接处各设有一弧形连接段，在弧形连接段与齿根的连接处设有弧形过渡段，通过凸头留磨滚刀加工半径为0.1mm的弧形过渡段，弧形连接段的半径为1.3mm。弧形过渡段的直径小于弧形连接段直径，弧形过渡段和弧形连接段均向内凹。利用凸头留磨滚刀改变齿根部线向变角，使齿轮传递强度薄弱处的齿根承载力分散。纠正齿轮螺旋角，提高齿轮的重合度，纠正齿隙量，减少运动冲击，改善齿根几何形态。机加工还包括齿轮的平面磨、磨内孔、上油等工序，提高齿轮的合格率。
因此，本发明的船用齿轮加工工艺具备下述优点：利用高硬度材料制造了强度和韧性好的适用于船用的大功率齿轮；齿轮的韧性好，并且在齿根部成型有一弧形过渡段，齿轮齿根部不易断裂，使用寿命长；经过二次高温油处理，能有效消除渗碳工艺的残余应力，调高渗碳层的稳定性和硬度高度差，彻底消除热处理应力。
附图说明
图1是本发明的船用齿轮的示意图。
图2是图1内A处的放大示意图。
具体实施方式
    下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
     实施例：
一种船用齿轮加工工艺，首先取20GrMnTi作为原料，进行锻打，锻打后的工件的厚度为5cm，然后将锻打后的工件加热至420℃，保温5小时随炉冷却。然后进行车加工，在工件的中心钻孔，在工件的外圆周表面进行滚齿，在中心孔内进行加工花键。机加工结束后的工件大致的形状已经完成，然后进行渗碳处理，将工件密封于碳粉中，在负压800帕条件下升温至700~850℃，渗碳层厚度保证在1.2~1.8mm，保温2-3小时，开炉后扩散15分钟，加入20℃的常温油，冷却淬火，冷却后在200℃温度中保持2-3小时做消除应力处理。冷却淬火后进行二次高温油处理，将零件放置在280~380℃的高温油中浸入2小时，以消除渗碳过程中的残余应力。二次高温油处理后进行平面磨、磨内孔，然后粗磨齿，粗磨齿后进行精度检测，然后在高精度自动磨齿机上对齿轮表面再进行精磨齿，进过磨齿后的齿形如图1和2所示，包括齿轮主体2，在齿轮主体2上加工有均布的斜齿1，斜齿1的齿根部5与齿轮主体之间通过弧形连接段3连接，弧形连接段3的半径R2为1.3mm，在弧形连接段3和齿根部5也是通过一弧形过渡段4连接，弧形过渡段4的半径R1为0.1mm，通过凸头留磨滚刀进行加工弧形过渡段4。弧形过渡段4和弧形连接段3都是向斜齿1的方向凹陷，也就是有齿根部5到弧形过渡段4、弧形连接段3，齿的宽度是越来越小的。同时进行齿形和齿向修缘，齿顶修缘中对齿厚方向的修缘为0.02~0.04mm，齿高方向的修缘为0.2~0.4mm，齿向修缘为全齿厚向外凸0.02~0.03mm齿圈径向跳动公差从0.036提高到≤0.031，齿轮经修缘、修向后减少了齿轮在旋转切入时的瞬间碰击从而消除了大宽度齿向因钢性及制造精度等原因造成的齿面重合度过大而产生的噪音。在经过修缘后进行终检和上油，完成整个齿轮的加工过程。

Claims (10)

1. 一种船用齿轮加工工艺，其特征在于：第一步，下料进行锻造为一圆柱形胚料；第二步，对胚料进行正火，然后车加工钻中心孔；第三步，利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿；第四步，对工件进行渗碳处理；第五步，渗碳后进行冷却淬火；第六步，进行二次高温油处理消除应力；第七步，对工件进行机加工形成船用齿轮。
2.根据权利要求1所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：所述的第一步内的齿轮材料为20GrMnTi。
3.根据权利要求1或2所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：所述的第二步内的正火是由常温加热至420℃，然后将工件放在炉内进行保温n小时，n为工件的平均厚度。
4.根据权利要求1或2所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：所述的渗碳工艺的渗碳层的厚度为1.2mm~1.8mm，将工件密封于碳粉中，升温至700℃~850℃后保温2-3小时，开炉后扩散10~25分钟，加入常温油，冷却淬火，冷却后在180℃~220℃保持2~3小时。
5.根据权利要求3所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：所述的渗碳工艺的渗碳层的厚度为1.2mm~1.8mm，将工件密封于碳粉中，升温至700℃~850℃后保温2-3小时，开炉后扩散10~25分钟，加入常温油，冷却淬火，冷却后在180℃~220℃保持2~3小时。
6.根据权利要求1或2所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：所述的第六步内的高温油处理是在温度为280℃~380℃的高温油内浸入2~3小时。
7.根据权利要求5所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：所述的第六步内的高温油处理是在温度为280℃~380℃的高温油内浸入2~3小时。
8.根据权利要求1或2所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：所述的第七步内的机加工包括对工件进行对齿轮的齿形进行粗磨和精磨，同时对齿形和齿向进行修缘。
9.根据权利要求8所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：齿轮的精磨包括对齿轮的根部加工有圆弧状的过渡段。
10.根据权利要求7所述的船用齿轮加工工艺，其特征在于：所述的第七步内的机加工包括对工件进行对齿轮的齿形进行粗磨和精磨，同时对齿形和齿向进行修缘，齿轮的精磨包括对齿轮的根部加工有圆弧状的过渡段。
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