CN108817871B - 一种汽车vcr发动机内齿齿板的制造工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车VCR发动机内齿齿板的制造工艺方法，齿板材质为铬钼钢，采用低温热锻‑冷精整复合成形制造工艺，由以下工序依次构成：下料、加热、制坯、低温热模锻、热切边、等温正火、喷丸、表面润滑处理、冷精整、电化学加工。所述加热工序是坯料加热温度低于常规热锻加热温度100～200℃，坯料始锻温度为1050±30℃；所述低温热模锻工序是热锻模的型腔热膨胀率依照1.010%～1.012%设计；所述电化学加工工序是在冷精整后对内齿齿面进行精密加工。本发明克服了内齿面加工的困难，具有精度高、效率高、模具寿命长、工艺稳定等优势，适合于汽车、航天航空、机械等领域齿板类零件的批量制造。

Description

一种汽车VCR发动机内齿齿板的制造工艺方法

技术领域

本发明涉及一种制造汽车VCR发动机内齿齿板的制造工艺方法，属于机械加工领域。

背景技术

相对于目前主流的固定压缩比发动机，VCR（Variable Compression Ratio，可变压缩比）发动机由于拥有更优异的动力性、燃油经济性和排放性，近年来成为各汽车公司和研究机构关注的焦点。齿板是某VCR发动机的关键传动件，为了保证活塞运动的精度和平稳性，对其齿形精度和表面质量要求高（ISO 1328标准5级），且其具有内齿条结构、齿间距狭窄，属于内型腔难加工结构，难以采用传统的齿轮制造方法进行加工。

目前国内外大多采用锻造与机加工相结合的方法，或者精锻工艺制造内齿条结构类零件。对于第一种方法，机加工通常在热处理后进行，此时锻件的强度、硬度高，机加工困难，加工精度难以保证，刀具磨损严重；尤其当内齿模数较小时，齿间距狭窄，机加工变得不可行。对于第二种方法，精锻尽管可实现齿面的少、无机加工，如冷精整齿轮的公差等级可达ISO 1328 7～9级，但仍难以满足某些高精度齿轮的制造需求 （ISO 1328 5级以上）。

授权公告号为CN101695806B的中国发明专利公开了一种采用温锻-冷精整后再剃齿的工艺加工汽车变速器倒挡齿轮；但该工艺并不适用于内齿齿板的制造，原因一是内齿齿板模具齿形部分结构单薄，受力复杂，在温锻温度下，金属的变形抗力较高、流动性较差，易导致金属填充模具型腔困难和模具寿命缩短；原因二是采用剃齿加工内齿轮容易产生啮合干涉，而且剃齿精度最高可达ISO 1328 6～7级，难以满足高精度齿轮的制造需求。

低温热锻是低于常规热锻始锻温度100～200℃条件下的锻造成形，因此兼顾了热锻和温锻的优点：既能降低金属的变形抗力、提高其塑性和流动性、延长模具寿命，同时能减少锻件表面氧化皮的生成，提高其几何精度和表面质量。

电化学加工中的电解加工是利用金属在外电场作用下的高速局部阳极溶解实现电化学反应而进行精加工的高效方法，该技术不受齿面结构和硬度的限制，无加工变形及残余应力，加工精度高、表面质量好、效率高，尤其适用于机加工困难的内型腔结构，为内齿齿板的高精度加工提供了一条有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车VCR发动机内齿齿板的制造工艺方法，采用的钢材是铬钼钢，其特征是，采用低温热锻-冷精整复合成形制造工艺；所述低温热锻-冷精整复合成形工艺包括以下依次进行的工序：下料、加热、制坯、低温热模锻、热切边、等温正火、喷丸、表面润滑处理、冷精整、电化学加工；

所述的加热工序，坯料加热温度低于常规热锻加热温度，坯料始锻温度为1050±30℃，模具预热温度为280±20℃；坯料表面涂覆高温防氧化涂层；上述措施可减少坯料表面氧化层和脱碳层深度，保证锻件的几何精度、表面质量和机械性能。

所述的低温热模锻工序，热锻模的型腔热膨胀率按1.010%～1.012%设计；这是因为坯料始锻温度较热锻偏低会导致锻件终锻温度偏低，故热膨胀率也较常规热锻设计的偏小；

所述的电化学加工工序，是电解加工，是在冷精整后对内齿面进行精加工，加工余量为0.1～0.2㎜；根据零件的齿形和几何尺寸来确定电化学加工阴极的结构和尺寸，采用NaNO₃+NaCl的复合电解液，其中，复合电解液中NaNO₃及NaCl的质量百分比浓度是10%～20%，复合电解液温度为25～40℃，电解加工速度为0.6×10^-3～0.3×10^-2㎜/s。

本发明的有益效果是：采用低温热锻-冷精整复合成形工艺制造内齿齿板，具有以下优势：1）精度高：将低温热锻-冷精整-电化学加工三者结合，可使内齿面可达到ISO 1328标准5级以上精度；2）对内齿面精加工的适应性好：电化学加工有效克服了机加工对内齿面，尤其是小模数内齿面加工的困难；3）模具寿命长：内齿齿板模具齿形部分结构单薄，受力复杂，应用传统的温锻技术，模具寿命短，极易失效；本发明采用始锻温度介于传统温锻和热锻之间的低温热锻技术，可降低金属变形抗力，提高锻模寿命；4）适用于批量制造：整个制造工艺流程的工序少、效率高、工艺稳定性好，有利于实现批量制造。

附图说明

图1是一种汽车VCR发动机的燃烧齿板的主视图。

图2是图1中沿B-B剖视图。

图3是一种汽车VCR发动机的燃烧齿板的后视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步描述本发明。

实施例1

涉及的对象为一种汽车VCR发动机的关键传动件—燃烧齿板，安装时其与活塞固定连接，用于驱动活塞在发动机气缸中运动；如图1-图3所示，该燃烧齿板1属于内齿齿板，其材料为铬钼钢27CrMo4（德国牌号），在燃烧齿板1正面的两侧是（围边）凸缘2，从而形成一个凹入腔，凹入腔设有2列内齿条功能部，每个内齿条功能部包括四个内齿3，内齿精度要求为ISO1328标准5级，模数为4.68mm，齿板总长85mm，总宽68mm，厚度36mm，齿距14.7mm；其制造工艺方法，采用低温热锻-冷精整复合成形制造工艺，具体实施工序为：

（1）下料：将圆钢棒料锯切成尺寸为φ45ⅹ105mm的坯料，端口平整，并进行电子称重检验；

（2）加热：采用中频感应加热方法将坯料加热至1150±30℃，以保证坯料移至制坯工位时的始锻温度为1050±30℃，模具预热温度为280±20℃，并在坯料表面涂覆高温防氧化涂层，以减少坯料表面氧化层和脱碳层深度，保证锻件的几何精度、表面质量和机械性能；

（3）制坯：将加热后的坯料平放在20MN热模锻压力机的压扁工位上，利用压扁模压至14±2mm厚；

（4）热模锻：将压扁后锻件放入20MN热模锻压力机的预锻和终锻工位进行热模锻。在进行模具型腔设计时，根据实测统计数据，模具型腔的膨胀率取1.01%，预锻模膛比终锻模膛深0.6mm，以保证终锻时齿形的完整充填；

（5）热切边：终锻件出模后放入安装在2.5MN冲压机上的切边模内，利用其余热进行热切边；

（6）等温正火：保护气体下将锻件加热至900±10℃，保温100min后在冷却室内冷却至680±10℃，然后在等温炉内保温150min，最后空冷至室温；等温正火后锻件硬度为HB160-200；

（7）喷丸：清除锻件表面氧化层；

（8）表面润滑处理：将锻件加热到100±10℃，去除锻件表面油污，然后浸泡到70±10℃的高分子润滑溶液中，以在其表面形成一层高分子润滑层，在后续冷精整中起润滑减摩作用；

（9）冷精整：在1250吨油压机上用冷精整模对锻件进行整形，内齿面的精整余量为0.2mm，为后续的电化学加工做好准备；

（10）电化学加工：采用电解加工，在冷精整后对内齿面进行精加工，加工余量为0.15mm，根据零件的齿形和几何尺寸来确定电化学加工阴极的结构和尺寸，采用NaNO₃+NaCl的复合电解液，复合电解液中NaNO₃及NaCl的质量百分比浓度是10%，电解液温度为40℃，加工速度为1.2×10^-3㎜/s，电流密度为0.4A/㎜²。

上述制造工艺方法采用低温热锻-冷精整-电化学加工三者结合，可使内齿面达到ISO 1328标准5级以上精度；得到的燃烧齿板产品完全符合设计要求，为燃烧齿板提供了新的制造工艺方法，并有利于实现批量制造。

Claims (1)

1.一种汽车VCR发动机内齿齿板的制造工艺方法，采用的钢材是铬钼钢，其特征是，采用低温热锻-冷精整复合成形制造工艺；所述低温热锻-冷精整复合成形工艺包括以下依次进行的工序：下料、加热、制坯、低温热模锻、热切边、等温正火、喷丸、表面润滑处理、冷精整、电化学加工；

所述的加热工序，坯料加热温度低于常规热锻加热温度，坯料始锻温度为1050±30℃，模具预热温度为280±20℃；坯料表面涂覆高温防氧化涂层；上述措施可减少坯料表面氧化层和脱碳层深度，保证锻件的几何精度、表面质量和机械性能；

所述的低温热模锻工序，热锻模的型腔热膨胀率按1.010%～1.012%设计；这是因为坯料始锻温度较热锻偏低会导致锻件终锻温度偏低，故热膨胀率也较常规热锻设计的偏小；

所述的电化学加工工序，是电解加工，是在冷精整后对内齿面进行精加工，加工余量为0.1～0.2㎜；根据零件的齿形和几何尺寸来确定电化学加工阴极的结构和尺寸，采用NaNO₃+NaCl的复合电解液，其中，复合电解液中NaNO₃及NaCl的质量百分比浓度是10%～20%，复合电解液温度为25～40℃，电解加工速度为0.6×10^-3～0.3×10^-2㎜/s。

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