CN103757551A - 一种机械传动链轮材料及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械传动链轮材料及制造方法，包括如下成分：C0.2～0.35、Si0.35～0.55、Mn0.6～0.9、Ni≤0.25、Cr≤0.20、S≤0.02、AL≤0.05、P≤0.03、CU≤0.40、MO≤0.05、V≤0.03、Nb≤0.01、Ti≤0.01，其余为Fe元素，采用上述材料成分，制造方法包括如下步骤：（a）绘图；（b）配料；（c）压制成形；（d）烧结；（e）冷却；（f）粗加工；（g）滚齿加工；（h）热处理。本发明选用上述材料使链轮强度均匀，在制造过程中将配料送入模具内，通过镦粗挤压形成链轮坯料，通过烧结冷却，使内部变得密实，强度高，不易断裂，并采用滚齿加工，降低成本，缩短了加工周期，又采用酚醛层压布板，增强了链轮的耐磨性和抗腐蚀性。

Description

一种机械传动链轮材料及制造方法

技术领域

本发明涉及一种机械传动链轮材料及制造方法。 

背景技术

链轮是链传动中重要的零件，链轮是带嵌齿式扣链齿的轮子,用以与节链环或缆索上节距准确的块体相啮合或者为实心或带辐条的齿轮,与(滚子)链啮合以传递运动，被广泛应用于化工、纺织机械、食品加工、仪表仪器、石油等行业的机械传动等。通常，链轮是由齿圈、轮毅和轮幅三部分组成。通常，链传动由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链条组成，在生产流水线中，靠链条链节与链轮轮齿的啮合带动、从动轮回转并传递运动和动力，由于链传动属于带有中间挠性件的啮合传动，就可获得准确的传动，而链轮的耐用程度决定了机械传动的工作效率，由此可见链轮在机械传动中的重要性。在现有技术的链轮制作材料中，应选择适合的传动来完成工作：带传动工作中，其功率低，传动轴压力大，不适合在高温、低速、油污等情况下工作；齿轮传动中，齿轮两轴中心距较小，制造与安装精度要求提供，成本高；链传动中，其预紧力小，功率大，可以在高温、低速、油污等情况下工作，齿轮两轴中心距较大，成本低，按照实际需要，选择链传动来完成工作。 

通常，链传动对齿轮各方面参数都有很高要求，但是往往会发生铸造完成以后，链轮存在铸造缺陷，通常会采用修补办法来补救，但是由于修补材料与链轮材料存在差异，造成修补后的部位会产生微观裂纹，长期使用会因为疲劳而断裂，而且现有链轮强度不均匀，易磨损，刚度和耐磨性差，不能保持稳定的链速，传动平稳性降低，工作中出现有噪音等现象，影响机械传动工作。 

链轮在工作时需要承收周期性的交变应力，在转动过程中，振幅大，磨损大，这样降低了链轮的使用寿命，而且目前链轮采用成形铣刀对链轮加工，适合个体或者数量少的链轮加工，存在效率低，成本高，加工周期长等的问题。 

发明内容

本发明提供了一种机械传动链轮材料及制造方法，以解决现有技术中链轮强度不均匀、刚度低、易磨损、加工成本高、噪音大及加工周期长的技术问题。 

本发明采用如下技术方案： 

一种机械传动链轮材料，其特征在于包括如下成分： 

进一步，一种制造权利要求1所述的机械传动链轮的方法，其特征在于包括如下步骤： 

（a）绘图：根据计算结果，在零件的工作图上绘制链轮齿形； 

（b）配料：按照设计元素质量比进行配料，并将配好材料放入V形混料机均匀混合，混料时间为90分钟； 

（c）压制成形：取出混料，并将配料送入精密压型模具内，该精密压型模具至少达到6级，光洁度至少达到0.5，采用全自动分体式多级浮动模具架，在 全自动液压机上，设定40MPa的压力，通过多级浮动，实现自动移粉，然后在精密压型模具型腔内镦粗挤压形成链轮坯料，链轮坯料的密度大于或者等于7.5Mg/m³,轮齿顶端的表面硬度大于或等于70HRA，维氏硬度为450HV； 

（d）烧结：将压制成型的链轮坯料放入50KW推杆式烧结炉中进行烧结，温度控制在1000～1100摄氏度，当坯料加热至始锻温度后，立即出炉； 

（e）冷却：先用空冷鼓风快速冷却到300摄氏度，然后将烧结好的链轮放入炉中缓冷； 

（f）粗加工：对链轮进行初级加工，齿圈部分可用钢板切割后粗加工外径和轴孔，轴孔一侧留焊接坡口，然后采用棒料车凸缘部分进行凸形，齿圈部分和凸缘部分相拼后双面焊接再加工成品，使其达到设计厚度，再去除毛刺，在链轮轮体的厚度方向上预留0.4mm的加工余量； 

（g）滚齿加工：按照链轮的摆线的等距线上的链轮齿廓，采用滚刀，利用展成原理进行滚齿加工，加工过程中，滚刀旋转一圈，链轮就转过一个齿，滚刀和链轮处于共轭状态，加工至设计厚度，轮齿厚度加工至7mm，轮体厚度加工至7.1mm～7.2mm，然后对链齿进行磨圆处理，对轮体进行钻孔； 

（h）热处理：齿面高频淬火，电流为900～950A，回火温度为210～215摄氏度，然后在链轮上用棉花浸以酚醛树脂，再进行热压，形成酚醛层压布板。 

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果： 

本发明材料中，控制材料配比含量，使材料表面硬度和机械性能大大提高，硬度分布均匀，采用镍、钼、铜和碳，提高材料强度和淬透性；采用硅、锰、钛三元合金综合强化获得马氏体组织，材料的硬度和韧性有良好的匹配关系，增强了链轮的耐磨性和抗腐蚀性；少量的钒、钛具有析出强化、固熔强化以及细化晶粒的作用，能改善链轮的综合性能；铬、钒在经过热处理后，抗拉强度、屈服强度显著提高，淬火硬度高，增加了抗磨能力和抗压溃能力；铌、硼与钒、钛结合能显著提高屈服强度；磷、硫增加能提高屈服点和抗拉强度，增加链轮铸件的冷脆性和时效敏感性；铁、铝提高链轮铸件的强度和韧性，细化晶粒提高冲击韧性，整体使链轮强度均匀，提高了链轮的刚度、耐磨性和防腐性。在 制造过程中，配料送入精密压型模具内，通过镦粗挤压形成链轮坯料，链轮坯料的密度大于或者等于7.5Mg/m³,再通过烧结、冷却，使内部变得密实，硬度分布均匀，强度高，不易断裂，并采用粗加工和滚齿加工，提高齿轮齿形精确度，确保齿轮的硬度，保证了链轮降低成本，缩短了加工周期，又采用酚醛层压布板，增强了链轮的耐磨性和抗腐蚀性，同时较少了噪音的产生。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明： 

图1为本发明中机械传动链轮制造方法的结构框图； 

图2为本发明中滚齿的结构示意图； 

图3为本发明机械传动链轮的结构示意图。 

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明以机械传动链轮为例，选用微量元素整体使链轮强度均匀，提高了链轮的刚度、耐磨性和防腐性，并在制造过程中配料送入精密压型模具内，通过镦粗挤压形成链轮坯料，链轮坯料的密度大于或者等于7.5Mg/m³,通过烧结，然后用空冷鼓风快速冷却到300摄氏度，再将烧结好的链轮放入炉中缓冷冷却，使内部变得密实，硬度分布均匀，强度高，不易断裂，并采用滚齿加工，降低成本，缩短了加工周期，又采用酚醛层压布板，增强了链轮的耐磨性和抗腐蚀性。 

本发明中机械传动链轮材料包括如下成分： 

其余为Fe元素和其他不可避免的杂质构成。其中采用镍、钼、铜和碳，提高材料强度和淬透性；采用硅、锰、钛三元合金综合强化获得马氏体组织，材料的硬度和韧性有良好的匹配关系，增强了链轮的耐磨性和抗腐蚀性；少量的钒、钛具有析出强化、固熔强化以及细化晶粒的作用，能改善链轮的综合性能；铬、钒在经过热处理后，抗拉强度、屈服强度显著提高，淬火硬度高，增加了抗磨能力和抗压溃能力；铌、硼与钒、钛结合能显著提高屈服强度；磷、硫增加能提高屈服点和抗拉强度，增加链轮铸件的冷脆性和时效敏感性；铁、铝提高链轮铸件的强度和韧性，细化晶粒提高冲击韧性，整体使链轮强度均匀，提高了链轮的刚度、耐磨性和防腐性。 

对于本制造方法中，设计的链轮需要满足的设计原则为链轮齿形设计主要应满足三方面要求：即啮合要求、使用要求、工艺性与精度要求。 

（1）保证链条能顺利的啮入和啮出，不会有干涉现象。 

（2）具有足够的容纳链条节距伸长能力。 

（3）具有合理的作用角。 

（4）齿廓曲线与链传动工况相适应。 

（5）有利于啮入和防止因链条跳动而掉链。 

（6）加工工艺性好。 

在生产链轮中，需要对链轮齿数、节距和滚子直径进行设计，其基本参数是配用链条的节距，套筒的最大外径、排距及齿数。链轮的端面齿形是标准齿形，一般有3段圆弧和直径构成，当选用这种齿形并用相应的标准刀具加工。 在已知节距p，齿数z的情况下，通过算式得出齿顶圆直径d₁： 

得出齿顶圆直径d₁，通过齿顶圆直径d₁，计算齿根圆直径d₂： 

d₂=d-d₁（d₁-d₃），其中d为节圆直径，d₃为滚子直径。 

通过计算，设计出链轮轴向齿廓及尺寸，并在零件的工作图上绘出齿形，便于制造切齿前的毛坯。不同链轮的参数如表1： 

表1 

按照设计元素质量比进行混粉配料，并将配好材料放入V形混料机均匀混合，混料时间为90分钟，混合前需检查材料是否完全导入。再取出混料，并将配料送入特制精密压型模具内，该精密特制压型模具至少达到6级，光洁度至少达到0.5，采用全自动分体式多级浮动模具架，在全自动液压机上，设定40MPa的压力，通过多级浮动，实现自动移粉，然后在精密压型模具型腔内镦粗挤压形成链轮坯料，链轮坯料的密度大于或者等于7.5Mg/m³,轮齿顶端的表面硬度大于或等于70HRA，维氏硬度为450HV。 

将压制成型的链轮坯料放入50KW推杆式烧结炉中进行烧结，温度控制在1000～1100摄氏度，其中可采用石墨保护加热、分级淬火，防止在热处理时， 零件氧化脱碳。当坯料加热至始锻温度后，立即出炉，先用空冷鼓风快速冷却到300摄氏度，然后将烧结好的链轮放入炉中缓冷，期间应对链轮进行防尘处理。 

链轮的加工刀具一般可选择:标准滚刀应用在中小标准链轮上加工；盘铣刀是按链轮齿形设计的一种多齿盘式刀具；成型刀是一种按链轮齿形设计的单齿刀具等等。本制造方法选择对链轮进行粗加工和精加工，提高齿轮齿形精确度，确保齿轮的硬度。先对链轮进行初级加工：齿圈部分可用钢板切割后粗加工外径和轴孔，轴孔一侧留焊接坡口，然后采用棒料车凸缘部分进行凸形，齿圈部分和凸缘部分相拼后双面焊接再加工成品，使其达到设计厚度，再去除毛刺，在链轮轮体的厚度方向上预留0.4mm的加工余量。再按照链轮的摆线的等距线上的链轮齿廓，采用滚刀，利用展成原理对粗加工后的链轮进行滚齿加工，加工过程中，滚刀旋转一圈，链轮就转过一个齿，滚刀和链轮处于共轭状态，加工至设计厚度，轮齿厚度加工至7mm，轮体厚度加工至7.1mm～7.2mm，最后对链齿进行磨圆处理，对轮体进行钻孔。 

一般链轮材料及热处理方式如表2： 

链轮材料	热处理	齿面硬度
			15、20	渗碳、淬火、回火	50-60HRC
35	正火	160-200HBS
			45、50、ZG310-570	淬火、回火	40-45HRC
15Cr、20Cr	渗碳、淬火、回火	50-60HRC
			40Cr、35SiMn、35CrMn	淬火、回火	40-50HRC
不低于HT150的灰铸铁	淬火、回火	260-280HBS

表2 

本制造中，热处理采用齿面高频淬火，电流为900～950A，回火温度为210～215摄氏度，然后在链轮上用棉花浸以酚醛树脂，再进行热压，形成酚醛层压布板。 

通过制造，产出链轮符合如表3所示： 

表3 

采用上述制造方法，本发明中的机械传动链轮内部变得密实，硬度分布均匀，强度高，不易断裂，降低成本，缩短了加工周期，增强了链轮的耐磨性和抗腐蚀性。 

通过制造，达到机械传动（链传动），预紧力小，功率大，可以在高温、低速、油污等情况下工作，齿轮两轴中心距较大，成本低。其中按照链传动方式设计的小齿轮数跟链速的关系如表4： 

齿数	≥18	≥22	≥27	≥39
					链速	0.8-2	2-7	＞7	＞22

表4 

链传动的润油十分重要，对高速、重载的链传动更重要。良好的润滑可缓解冲击，减少磨损，延迟链条寿命。 

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。 

Claims (2)

1.一种机械传动链轮材料，其特征在于包括如下成分：

2.一种制造权利要求1所述的机械传动链轮的方法，其特征在于包括如下步骤：

（a）绘图：根据计算结果，在零件的工作图上绘制链轮齿形；

（b）配料：按照设计元素质量比进行配料，并将配好材料放入V形混料机均匀混合，混料时间为90分钟；

（c）压制成形：取出混料，并将配料送入精密压型模具内，该精密压型模具至少达到6级，光洁度至少达到0.5，采用全自动分体式多级浮动模具架，在全自动液压机上，设定40MPa的压力，通过多级浮动，实现自动移粉，然后在精密压型模具型腔内镦粗挤压形成链轮坯料，链轮坯料的密度大于或者等于7.5Mg/m³,轮齿顶端的表面硬度大于或等于70HRA，维氏硬度为450HV；

（d）烧结：将压制成型的链轮坯料放入50KW推杆式烧结炉中进行烧结，温度控制在1000～1100摄氏度，当坯料加热至始锻温度后，立即出炉；

（e）冷却：先用空冷鼓风快速冷却到300摄氏度，然后将烧结好的链轮放入炉中缓冷；

（f）粗加工：对链轮进行初级加工，齿圈部分可用钢板切割后粗加工外径和轴孔，轴孔一侧留焊接坡口，然后采用棒料车凸缘部分进行凸形，齿圈部分和凸缘部分相拼后双面焊接再加工成品，使其达到设计厚度，再去除毛刺，在链轮轮体的厚度方向上预留0.4mm的加工余量；

（g）滚齿加工：按照链轮的摆线的等距线上的链轮齿廓，采用滚刀，利用展成原理进行滚齿加工，加工过程中，滚刀旋转一圈，链轮就转过一个齿，滚刀和链轮处于共轭状态，加工至设计厚度，轮齿厚度加工至7mm，轮体厚度加工至7.1mm～7.2mm，然后对链齿进行磨圆处理，对轮体进行钻孔；

（h）热处理：齿面高频淬火，电流为900～950A，回火温度为210～215摄氏度，然后在链轮上用棉花浸以酚醛树脂，再进行热压，形成酚醛层压布板。

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