CN110405430A - 一种主动圆锥齿轮螺纹加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，包括：S1.将留有余量的主动圆锥齿轮的尾部待加工螺纹部位，涂覆防渗涂料形成防渗涂层；S2.将涂料晾干后，整个主动圆锥齿轮进行进行渗碳淬火，对淬火后的主动圆锥齿轮进行清洗，并在进行回火；S3.将尾部待加工螺纹处进行硬车剥掉防渗涂层，再进行最终螺纹加工成型。本发明根据汽车驱动桥主动圆锥齿轮的自身结构特点和产品要求，改变了传统的螺纹加工工艺中的先加工螺纹，再进行防渗和渗碳淬火热处理，螺纹部分退火、最后进行螺纹修整的工艺流程；将加工螺纹放在热处理加工工序后，并且无需退火加工，使螺纹加工成型中既不磨损刀具，又能使螺纹处达到产品要求，工艺不繁杂，适用范围广，减少生产成本。

Description

一种主动圆锥齿轮螺纹加工工艺

技术领域

本发明涉及齿轮加工领域，具体地，涉及一种主动圆锥齿轮螺纹加工工艺。

背景技术

传统的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺是对工件热处理前加工螺纹，热处理整体渗碳淬火，然后对螺纹部分进行局部退火，来达到螺纹硬度28~43HRC的工艺要求。热处理后对螺纹进行修整，工艺繁杂、效率低，且在没有热处理时就形成螺纹，由于螺纹硬度低，在产品流转过程中极易形成磕碰伤，此工艺生产的螺纹经过热处理螺纹修整后，外观质量较差，生产效率低；同时，由于退火前螺纹部分的硬度达到58-63HRC，使用局部退火的办法降螺纹硬度降至28-43HRC，会导致在花键上出现一段较长的硬度转变区，影响齿轮的使用寿命；另一种是使用铅浴退火的方式替代感应退火，但这种方法对环境造成严重污染，且危害操作者的身体健康。

随着生产使用中，对主动圆锥齿轮螺纹提出了新的要求，如螺纹部分硬度要求28~43HRC，且退火热影响区12mm处硬度不低于55HRC。常用的工艺为热前加工螺纹，对螺纹部位进行防渗处理，然后进行整体渗碳淬火，最后对螺纹部分进行退火处理，此种工艺生产出来的螺纹达不到上述要求，且热处理后对螺纹进行修整，工艺比较复杂，效率低；且没有热处理时就形成螺纹，由于螺纹硬度低，在产品流转时极易出现磕碰伤，致使最终的螺纹外观质量较差，生产效率低。

另一种是采用热前不加工螺纹，对热处理前的螺纹部分进行涂料处理，再将工件整体进行渗碳淬火，然后对螺纹部分进行退火处理；以上的工艺虽然能满足螺纹处硬度在28~43HRC的要求，但依旧无法满足退火影响区12mm处的硬度不低于55HRC的要求；同时由于涂料采用人工的方式，产生极大的不确定性，涂料涂覆过程中存在涂覆不均匀，漏涂等现象，最终导致螺纹处的硬度难以稳定满足28~43HRC的要求。

以上三种工艺方法的核心部分都是使用局部感应退火来满足螺纹部分的硬度要求。

在齿轮渗碳、渗氮及碳氮共渗热处理过程中，经常会遇到防渗方面的问题，如齿轮轴的花键、螺纹部位的防渗。对此，可采用涂覆防渗涂料等方法进行局部防渗，使其在热处理后直接获得理想的硬度；另有部分齿轮采用防渗保护后直接淬火，淬火后防渗部位可直接进行切削加工。采用良好的热处理防渗方法，不但可以使齿轮的防渗部位（硬度）达到产品技术要求，而且还可以简化工序，降低热处理成本。

齿轮螺纹部位的防渗一般采用人工涂覆，涂覆效率低，会时常出现漏涂或者涂覆不均匀的情况，导致螺纹后续质量存在问题，如生产试验发现，对一些材料齿轮若涂覆防渗碳涂料偏薄（如0.1-0.2mm）时，金相检验虽然合格（即无渗碳层），但尾部螺纹硬度偏高，不合格。这是由于（载重汽车驱动桥）主动圆锥齿轮采用20CrNiMoH等材料时，因其淬透性能较高造成的。当螺纹部涂覆的防渗碳涂料较厚（如0.3-0.5mm）时，可降低材料的冷却速度，尾部螺纹硬度可以保证；反之，硬度超标。采用人工涂料的方法还有可能会造成漏涂、涂料厚薄不一的问题，最终会导致螺纹部分的硬度散差大。因此，防渗涂覆工序直接影响产品的使用效果，因涂覆工序造成的残次品，有的甚至无法返修，造成生产的浪费，增加生产成本。

经检索，暂未发现针对汽车驱动桥主动圆锥齿轮螺纹加工成型中既不磨损刀具，又能使螺纹处达到产品要求，工艺不繁杂等问题的行之有效的解决方案。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，根据汽车驱动桥主动圆锥齿轮的自身结构特点和产品要求，改变了传统的螺纹加工工艺中的先加工螺纹，再进行防渗和渗碳淬火热处理，螺纹部分退火、最后进行螺纹修整的工艺流程；将加工螺纹放在热处理加工工序后，并且无需退火加工，使螺纹加工成型中既不磨损刀具，又能使螺纹处达到产品要求，工艺不繁杂，适用范围广，减少生产成本。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明公开了主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，包括以下步骤：

S1.将主动圆锥齿轮的尾部待加工螺纹部位，涂覆防渗涂料，形成防渗涂层，所述防渗涂层的厚度0.1~0.5mm；

S2.将涂料晾干后，整个主动圆锥齿轮进行进行渗碳淬火，在碳势为1.00~1.10%，温度为920~940℃条件下，保温时间1150~1260min，淬火温度为830~860℃；对淬火后的主动圆锥齿轮进行清洗，在170~190℃的温度下进行回火，回火时间为：180~400min；

S3.将所述尾部待加工螺纹处进行硬车，剥掉尾部的硬化层，再进行最终螺纹加工成型。

本发明的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，从工艺路线上进行创新，使用该种方法成型的螺纹不存在退火后产生的硬度过渡区，极大的减少了由于过渡区硬度低导致的齿轮失效风险；同时采用了机器进行涂料作业，保证了作业质量，避免了人工作业带来的涂料不均匀、漏涂等问题，大大提高了产品质量的稳定性；并且螺纹加工成型中既不磨损刀具，又能使螺纹处达到产品要求，工艺不繁杂，生产效率高。

进一步地，所述主动圆锥齿轮的尾部待加工螺纹处进行一次螺纹加工，并预留2~4mm加工余量，预留量由产品的渗碳层深决定。

为了更利于螺纹加工，先将热处理前的主动圆锥齿轮的尾部加工出雏形，留最终螺纹加工余量。

进一步地，所述主动圆锥齿轮的防渗涂层的涂覆方法为将主动圆锥齿轮通过机械手夹持，将的尾部待加工螺纹处竖直向下，放置于调整好的涂料内，机械手旋转带动主动圆锥齿轮周向转动，保持5~10S，使防渗涂层均匀。

本发明地防渗涂层为了更好地形成，摒弃了传统的人工涂覆的方法，在螺纹防渗涂覆装置中进行作业。本发明采用的主动圆锥齿轮螺纹防渗涂覆装置，具体包括依次设置的涂料存储单元、涂料传送单元、涂覆单元和控制器，所述涂覆单元的上方悬置有工件夹取单元；

所述涂料存储单元包括设有搅拌装置的储料装置，所述储料装置的侧壁上分别设有进料口一和出料口一；

所述涂覆单元为槽体结构，所述槽体结构的开口处设置有距离传感器，所述槽体结构靠近所述涂料传送单元一端设有进料口二；

所述涂料传送单元的一端与所述出料口一相连，另一端与所述涂覆单元的进料所述进料口二连接；所述涂料传送单元设有感应器和流量阀；

所述工件夹取单元上设有激光测距仪，所述激光测距仪设置在靠近涂覆单元的一侧；

所述涂料存储单元、涂料传送单元、涂覆单元和控制器通讯连接。

所述涂料存储单元包括设有搅拌装置的储料装置，所述储料装置的侧壁上分别设有进料口一和出料口一；

所述涂覆单元为槽体结构，所述槽体结构的开口处设置有距离传感器；所述槽体结构靠近所述涂料传送单元一端设有进料口二；

所述涂料传送单元的一端与所述出料口一相连，另一端与所述涂覆单元的进料所述进料口二连接；所述涂料传送单元设有感应器和流量阀；

所述涂料存储单元、涂料传送单元、涂覆单元和控制器通讯连接。

主动圆锥齿轮的防渗涂层的涂覆设备使用涂料存储单元、涂料传送单元和涂覆单元及工件夹取单元相结合，能有效控制防渗涂层的深度、厚度，保证螺纹涂覆质量，使后续渗碳淬火的主动圆锥齿轮的螺纹部位质量稳定，合格率高。

主动圆锥齿轮螺纹防渗涂覆装置将涂料存储、供给、齿轮夹取结合为一体，通过涂覆单元的距离传感器对涂料液位的监测，配合涂料传送单元的流量阀补充输送涂料，使涂覆单元的液位始终保持为设定高度，同时配合专用的工件夹取单元，尤其适用于主动圆锥齿轮的尾部与涂料结合，保证涂覆厚度与涂覆位置，并且不需要借助喷嘴或者刷体等设备就能使螺纹涂覆达到工艺要求，操作简便，几乎不需要人工干预。并且工件夹取单元上设有激光测距仪，可以通过工件夹取单元和涂料液位的距离测定，来调整工件的上下位置，保证涂覆位置的准确性。

进一步地，所述防渗涂料采用AC-3型材料。

进一步地，所述外圆硬车采用的切削速度F0.1-0.32m/min，切削深度0.5mm/r，四个循环，螺纹切削速度F1.5mm，螺纹切削深度0.1-0.3mm/r。

更进一步地，所述防渗涂层采用喷丸处理去掉残渣，所述喷丸处理的弧高值为0.15~0.35mmA。

所述喷丸处理的工艺为喷丸时间15min，装载量36件/挂，弹丸输送量20吨/小时。

本发明所述主动圆锥齿轮螺纹加工工艺制备的主动圆锥齿轮，所述螺纹处加工后的表面硬度为33~38HRC。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺创造性地将主动圆锥齿轮的尾部待加工螺纹部位先不加工螺纹或者一次螺纹加工出预留有加工余量的螺纹，直接涂覆防渗涂料形成防渗涂层，待热处理后再将尾部的硬化层车削掉，再进行螺纹的最终加工能减少螺纹车削时刀具的磨损，能有效控制螺纹处的质量达到产品的要求，无需繁杂的工艺。

本发明的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，根据汽车驱动桥主动圆锥齿轮的自身结构特点和产品要求，改变了传统的螺纹加工工艺中的先加工螺纹，再进行防渗和渗碳淬火热处理，螺纹部分退火、最后进行螺纹修整的工艺流程；将加工螺纹放在热处理加工工序后，并且无需退火加工，使螺纹加工成型中既不磨损刀具，又能使螺纹处达到产品要求，工艺不繁杂，适用范围广，减少生产成本。

本发明的的主动圆锥齿轮螺纹的防渗涂层使用专用的涂覆设备，保证涂覆厚度与涂覆位置，提高了产品稳定性。

附图说明

图1为本发明的主动圆锥齿轮螺纹防渗涂覆装置的结构示意图。

图2为本发明的主动圆锥齿轮螺纹防渗涂覆装置的工件夹取单元结构示意图。

图3为本发明的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺的主动圆锥齿轮的尾部结构示意图。

图4为对实施例1主动圆柱齿轮进行检测的位置示意图。

图5为本发明的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺的主动圆锥齿轮螺纹防渗涂敷工序示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

由图1~图3所示，本主动圆锥齿轮M45×1.5螺纹加工工艺包括以下步骤：

S1.将主动圆锥齿轮的尾部待加工螺纹部位，先加工出螺纹雏形，并预留2~4mm加工余量，涂覆防渗涂料形成防渗涂层，防渗涂料采用汇融AC-3型涂料，室温下，其防渗涂层的厚度0.1~0.5mm。

其防渗涂层的涂覆方法为将主动圆锥齿轮通过机械手夹持，将的尾部待加工螺纹处竖直向下，放置于调整好的涂料内，机械手旋转带动主动圆锥齿轮周向转动，保持5~10S，使防渗涂层均匀。

S2.将涂料晾干后，整个主动圆锥齿轮进行进行渗碳淬火，碳势为1.00~1.10%，温度为920~940℃，保温时间1200min，淬火温度830~860℃；对淬火后的主动圆锥齿轮进行清洗，在170~190℃的温度下进行回火，回火时间为：180-400min。

在热处理后主动圆锥齿轮未涂覆防渗的部位，可达到理想的硬度；而尾部待加工螺纹处由于防渗涂层的保护，硬度并未有所提高，便于后续螺纹加工成型，有利于减少螺纹车削时刀具的磨损。

S3.将所述尾部待加工螺纹处进行硬车剥掉防渗涂层，再进行螺纹加工成型。调整好硬车工艺。在TC20X500型数控车床上外圆采用硬质合金车刀，以F0.2,mm/min的切削速度，0.5mm/r的切削深度，四个循环完成外圆硬车。再使用Z16ER1.50ISO-Z型螺纹车刀以F1.5mm/min的切削速度，以0.2min/r的切削深度进行最终M45×1.5成型。

防渗涂层采用喷丸处理去掉残渣，其喷丸处理的弧高值为0.15~0.35mmA。保证了螺纹的外观品质。

本发明步骤S1中为了使防渗涂层的质量批次合格率达到更高的标准，使涂覆过程效率更高，质量更佳，摒弃了传统的人工涂覆的方法，在螺纹防渗涂覆装置中进行作业。

如图1和图2所示，其主动圆锥齿轮螺纹防渗涂覆装置，包括依次设置的涂料存储单元100、涂料传送单元200、涂覆单元300和控制器，其涂覆单元200的上方悬置有工件夹取单元400；

涂料存储单元100包括设有搅拌装置101的储料装置102，储料装置102的侧壁上分别设有进料口一103和出料口一104；

涂覆单元300为槽体结构，槽体结构的开口处设置有距离传感器301；槽体结构靠近涂料传送单元200一端设有进料口二302；

涂料传送单元200的一端与出料口一103相连，另一端与涂覆单元300的进料进料口二302连接；涂料传送单元200设有感应器和流量阀201；

本工件夹取单元400上设有激光测距仪407，设置在靠近涂覆单元300的一侧；

涂料存储单元100、涂料传送单元200、涂覆单元300和控制器通讯连接。

本工件夹取单元即为主动圆锥齿轮专用的机械手臂，包括L型夹持端401、固定端402和连接座403，固定端402通过加强板404与连接座403固定连接，连接座403与滑动机构可拆卸连接。滑动机构包括导轨405和滑块406，导轨405与减速电机的输出轴连接。激光测距仪407可设置在机械手臂的多个位置，只要能将脉冲激光束直射至涂料液位面即可。

涂料使用过程中，涂料液位会下降，通过激光测距仪的测量，只需调整工件夹取单元与涂料存储单元的竖直距离，就能完成齿轮螺纹部位的防渗涂覆。同时，槽体结构的开口处设置的距离传感器，通过对涂料液位的监测，配合涂料传送单元的流量阀补充输送涂料，使涂覆单元的液位保持为设定高度，可及时补充涂料，更加智能。

具体为防渗涂料消耗后，液位下降，这时利用激光测距反馈回的数据信号C对机械手高度坐标进行补偿，同时，涂覆单元300的距离传感器301会传输信号给涂料传送单元200的感应器，从而通过开闭流量阀201补偿涂料液位。本装置的防渗涂覆节省了原有使用人工涂料每个耗时约30-40秒的时间，同时还无需人工搬运，大大降低了劳动强度。

如图5所示，本发明的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺的主动圆锥齿轮螺纹防渗涂敷工序为机械手从热前备料区取一件主动圆锥齿轮A，转移至打码区域。进行打码标记。从打码标记位置转移至涂料区域；机械手夹持主动圆锥齿轮的小外圆1处，将的尾部螺纹端处2竖直向下，放置于调整好的涂料B内，机械手旋转带动主动圆锥齿轮周向转动，保持3~6S，使防渗涂层均匀。夹持主动圆锥齿轮的机械手从涂料位转移至热处理渗碳料框上，工步完成。

使用实施例1的工艺加工的主动圆锥齿轮螺纹的实验效果数据验证：

实验产品：440桥的主动圆锥齿轮，其螺纹处的技术要求为：距离螺纹12mm处硬度不低于55HRC，螺纹、R及轴台面硬度28-43HRC。

根据GBT25744-2010 钢件渗碳淬火回火金相检验标准，对主动圆柱齿轮进行检测，检测位置如图4所示：

其螺纹的检测结果见表1：

表1

项点	技术要求	实测值	判定
				螺纹A处	28-43HRC	36HRC	合格
螺纹B处	28-43HRC	33.8HRC	合格
				螺纹C处	28-43HRC	35.1HRC	合格
R圆弧D处	28-43HRC	36.2HRC	合格
				轴台面E处	28-43HRC	40HRC	合格
过渡区F处	＞55HRC	60.2HRC	合格

本发明的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺创造性地将主动圆锥齿轮的尾部待加工螺纹部位先不加工螺纹或者一次螺纹加工出预留有加工余量的螺纹，直接涂覆防渗涂料形成防渗涂层，待热处理后再将尾部的硬化层车削掉，再进行螺纹的最终加工能减少螺纹车削时刀具的磨损，能有效控制螺纹处的质量达到产品的要求，无需繁杂的工艺。

本发明的主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，根据汽车驱动桥主动圆锥齿轮的自身结构特点和产品要求，改变了传统的螺纹加工工艺中的先加工螺纹，再进行防渗和渗碳淬火热处理，螺纹部分退火、最后进行螺纹修整的工艺流程；将加工螺纹放在热处理加工工序后，并且无需退火加工，使螺纹加工成型中既不磨损刀具，又能使螺纹处达到产品要求，工艺不繁杂，适用范围广，减少生产成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将主动圆锥齿轮的尾部待加工螺纹部位，涂覆防渗涂料，形成防渗涂层，所述防渗涂层的厚度0.1~0.5mm；

S2.将涂料晾干后，整个主动圆锥齿轮进行进行渗碳淬火，在碳势为1.00~1.10%，温度为920~940℃条件下，保温时间1150~1260min，淬火温度为830~860℃；对淬火后的主动圆锥齿轮进行清洗，在170~190℃的温度下进行回火，回火时间为：180~400min；

S3.将所述尾部待加工螺纹处进行硬车，剥掉尾部的硬化层，再进行最终螺纹加工成型。

2.根据权利要求1所述主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，其特征在于，所述主动圆锥齿轮的尾部待加工螺纹处进行一次螺纹加工，并预留2~4mm加工余量。

3.根据权利要求1所述主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，其特征在于，所述主动圆锥齿轮的防渗涂层的涂覆方法为将主动圆锥齿轮通过机械手夹持，将的尾部待加工螺纹处竖直向下，放置于调整好的涂料内，机械手旋转带动主动圆锥齿轮周向转动，保持5~10S，使防渗涂层均匀。

4.根据权利要求1所述主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，其特征在于，所述防渗涂料采用AC-3型涂料。

5.根据权利要求1所述主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，其特征在于，所述外圆硬车采用的切削速度F0.1-0.32m/min，切削深度0.5mm/r，四个循环，螺纹切削速度F1.5mm/min，螺纹切削深度0.1-0.3mm/r。

6.根据权利要求5所述主动圆锥齿轮螺纹加工工艺，其特征在于，所述防渗涂层采用喷丸处理去掉残渣，所述喷丸处理的弧高值为0.15~0.35mmA。

7.根据权利要求1~6任意一项所述主动圆锥齿轮螺纹加工工艺制备的主动圆锥齿轮，其特征在于，所述螺纹处加工后的表面硬度为33~38HRC。