CN105234197A - 一种高强度的纳米材料齿轮制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备高强度纳米材料齿轮的制备新方法，本发明的特点是改善齿轮力学性能和使用寿命的S型通道模具拉拔法获得纳米材料齿轮。通过S型通道模具拉拔两次变形方法拉拔齿轮，齿轮棒在拉拔过程中横截面的形状及尺寸不改变，该方法可以实现齿轮的微观组织纳米化，从而获得性能优良的高强度纳米材料齿轮。在S型通道模具基础上实现了齿轮的连续拉拔变形，既实现了齿轮棒金属的纳米化，又减轻了操纵工人的劳动强度，拓宽了薄壁齿轮的应用范围。本发明提供的一种高强度纳米材料齿轮可采用简单的线材拉拔加工设备，获得的材料有高的硬度和强度，同时保持较好的硬度和耐磨性。因此，本发明材料具有潜在的应用价值，特别在高端机床、工业机器人减速器等领域方面具有很好的优势。

Description

一种高强度的纳米材料齿轮制备方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮成形领域，尤其是涉及一种高强度纳米材料齿轮制备方法。

背景技术

目前，大部分的直齿圆柱齿轮的生产大多采用传统的切削加工方法，但它具有很多缺陷，如：材料利用率低，成本高，加工效率低。随着机械工业的发展和国际竞争的激化，对齿轮产品的性能的提高和加工成本的降低提出了更高的要求，尤其加工效率的提高。因此齿轮的挤压和锻造成形技术得到了重视和发展。此类加工方法由原来传统工艺加工方法40%的材料利用率提高到70%以上，而且齿轮强度也提高20%，并且加工效率提高大约40%，但此类加工方法均采用单件生产加工方法，其加工效率有待进一步的提升。同时随着我国高端装备制造业的发展，尤其开发具有高强度、高耐磨、高寿命的机密机床及机器人精密减速器用齿轮十分必要，目前齿轮寿命低直接影响了高端装备制造业的快速发展。

申请号为2010101887620的发明提出了在卧式挤压机上连续挤压成形空心长条状直齿圆柱齿轮管，然后采用线切割的方法将连续挤压成形件切割成齿轮成品件，该发明生产效率较高，而且可以提高齿轮的力学性能和加工性能，但是开发高品质的具有高强度、高耐磨、高寿命的机密机床及机器人精密减速器用齿轮有更潜在的使用价值与发展前景。为克服薄壁齿轮的强度问题、获得使用寿命较长的齿轮，提供一种S型通道模具拉拔法，制备高强度纳米材料齿轮。因此，本发明提出了一种改善齿轮力学性能和使用寿命的S型通道模具拉拔法获得纳米材料齿轮，采用的拉拔材料是40Cr合金钢。

发明内容

本发明的目的是：为克服薄壁齿轮的强度问题、提高齿轮的使用寿命，提供一种通过S型通道模具拉拔法，制备高强度40Cr纳米材料齿轮。

本发明提出的一种S型通道模具拉拔法制备40Cr纳米材料齿轮的方法包括以下步骤：

步骤一，棒料准备：将即将拉拔的棒料分为二部分，第一部分是棒料拉拔端部分：该部分在端口部设置钢绳卡头；第二部分是棒料主要拉拔部分：该部分将获得大应变，组织达到纳米化，最终获得高的强度、硬度和耐磨性。

步骤二，拉拔准备：将棒料进行磷化皂化后、在棒料外表面涂覆二硫化钼与石蜡混合物，把准备好的棒料的第一部分的钢绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下把棒料放入S型通道模具。

步骤三，拉拔变形：拉拔装置以5mm/s-20mm/s的牵引速度将棒料通过S型通道模具拉拔，拉拔后重复上一次的拉拔变形一次，通过两次拉拔可以累积足够的应变，从而获得高强度纳米材料齿轮。

步骤四，获得40Cr纳米材料齿轮：获得较长尺寸的纳米材料齿轮棒，然后线切割最终成形齿轮成品件，该工序可以实现更高的齿轮加工效率。

本发明实现齿轮拉拔变形的S型通道模具，包括S型通道凹模、第一次预应力压套、第二次预应力压套，及相应的附属部件钢绳卡头和钢绳。

本发明的有益效果是：采用此种方案，通过S型通道模具拉拔两次变形方法拉拔齿轮，40Cr齿轮棒在拉拔过程中横截面的形状及尺寸不改变，该方法可以实现齿轮的微观组织纳米化，从而获得性能优良的高强度纳米材料齿轮。在S型通道模具基础上实现了齿轮的连续拉拔变形，既实现了40Cr齿轮棒金属的纳米化，又减轻了操纵工人的劳动强度，拓宽了薄壁齿轮的应用范围。

附图说明：

下面是结合附图和实施例对本发明的具体实施方案进行详细地说明。

图1为本发明S型通道模具拉拔工艺装置图；

图240Cr纳米薄壁齿轮加工过程示意图；

图3获得的40Cr齿轮拉拔棒试样透射电镜微观照片；

图4为40Cr齿轮拉拔棒试样的应力-应变曲线。

上述图中的标记为：

图1为本发明S型通道模具拉拔工艺装置图的1.S型通道凹模，2.挤压件棒料，3.第一层凹模预应力套圈，4.第二层凹模预应力套圈，5.卡头，6.钢丝绳，7.预应力模具底座。

具体实施方式

实施例1、一种高强度的纳米材料齿轮制备方法

将即将拉拔的棒料分为二部分，第一部分是棒料拉拔端部分：该部分在端口部设置钢绳卡头；

将即将拉拔的棒料在端口部设置钢绳卡头；将棒料进行磷化皂化后、在棒料外表面涂覆二硫化钼与石蜡混合物，把准备好的棒料的第一部分的钢绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下把棒料放入S型通道模具。拉拔装置以7mm/s的牵引速度将棒料通过S型通道模具拉拔，拉拔后再重复上一次的拉拔变形一次，累积足够应变使材料晶粒纳米化，然后将获得高强度、高硬度纳米材料齿轮棒，同时也相应对齿轮进行了去应力退火工艺，然后线切割最终成形齿轮成品件，获得力学性能优良的高强度、高硬度和高耐磨的纳米材料齿轮。

从图3所示的纳米材料40Cr拉拔齿轮棒试样透射电镜微观照片可以看出齿轮的平均晶粒组织是小于600nm的纳米材料。从图4所示的纳米材料拉拔棒料试样拉伸应力-应变曲线，可以看出，强度较传统试样提高88.5%，根据Hall-Pech公式可知，材料的晶粒尺寸越小，其外在宏观力学性能越高。

可知，纳米材料40Cr拉拔齿轮棒试样的平均晶粒组织是小于600nm的纳米材料，其强度较传统试样提高88.5%，

本发明提供的一种高强度纳米材料齿轮可采用简单的线材拉拔加工设备，获得的材料有高的硬度和强度，同时保持较好的硬度和耐磨性。因此，本发明材料具有潜在的应用价值，特别在高端机床、工业机器人减速器等领域方面具有很好的优势。

本发明所采用的凹模S型通道结构，均可采用现有技术，本发明并不局限于上述所列举的具体实施形式，凡本领域技术人员不经过创造性劳动所能得到的改进，均属于本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高强度的纳米材料齿轮制备方法，可以低成本制备高强度、高硬度和高耐磨性的薄壁直齿轮，其特征是：通过采用s型通道模具拉拔棒料后再进行第二道次拉拔，可实现齿轮棒的反复塑性变形，最终累积大变形，即实现齿轮的微观组织纳米化，又获得高强度纳米材料40Cr齿轮棒。

2.根据权利要求1所述的一种高强度的纳米材料齿轮制备方法，其特征是：把准备好的棒料的第一部分的钢绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下把棒料放入S型通道模具，拉拔装置以7mm/s的牵引速度将棒料通过S型通道模具拉拔，拉拔后再重复上一次的拉拔变形一次，累积足够应变使齿轮棒材料晶粒纳米化，然后线切割最终成形齿轮成品件，获得力学性能优良的高强度、高硬度和高耐磨的纳米材料40Cr齿轮。

3.根据权利要求1所述的一种高强度的纳米材料齿轮制备方法，其特征是：高强度纳米材料40Cr齿轮的内部微观组织均匀，晶粒尺寸小于600纳米，获得的高强度纳米材料齿轮的强度和硬度高。