一种硬齿面车桥轮边斜内齿圈及其制造方法与流程

1.本发明涉及齿轮齿圈生产技术领域，具体涉及一种硬齿面车桥轮边斜内齿圈及其制造方法。


背景技术：

2.传统车桥的轮边减速机构都是行星齿轮减速机构，多采用直齿结构，沿齿宽同时进入啮合，产生冲击振动噪音，传动不平稳。斜内齿圈体积小、重量轻、传递扭矩大，启动平稳、传动比精细等特点，已逐步开始替代直内齿圈。
3.车桥轮边使用的斜内齿圈为薄壁件，易变形，机加工难度大，热处理渗碳淬火后的变形难以保证精度。同时，斜内齿圈所采用的材料不同也会影响热处理效果，不同材料之间无热处理变形规律可借鉴。
4.基于此，有必要提供一种材料和热处理工艺相互匹配、产品变形可控性好的硬齿面车桥轮边斜内齿圈及其制造方法。


技术实现要素：

5.针对斜内齿圈为薄壁件，易变形，机加工难度大，热处理渗碳淬火后的变形难以保证精度的技术问题，本发明提供一种硬齿面车桥轮边斜内齿圈及其制造方法。本发明考虑到车桥轮边斜内齿圈为薄壁件的特性，通过选择合适的材料元素组成、控制各阶段处理参数、采用先渗碳后压淬的工艺顺序，赋予斜内齿圈良好的变形可控性，确保了产品精度；同时本发明制造方法还具备生产效率高的优点。
6.第一方面，本发明提供一种硬齿面车桥轮边斜内齿圈的制造方法，包括如下步骤：
7.(1)下料、锻造、碾环得到齿圈毛坯，其中齿轮毛坯使用的钢材化学成分按质量百分数计如下：
8.c：0.19％～0.23％、si：0.15％～0.40％、cr：0.40％～0.55％、mn：0.80％～0.95％、mo：0.40％～0.50％、p≤0.025％、s：0.020％～0.035％、al：0.020％～0.045％、h≤0.0002％、o≤0.0020％、cu≤0.20％、sn≤0.030％、cu 10sn≤0.50％、ti≤0.005％、sb≤0.005％，余量为fe和不可避免的杂质元素；
9.(2)对齿圈毛坯进行等温正火，获得斜内齿圈所需的均匀组织及合理硬度，改善切削性能，消除锻造应力，为后续机加工和最终热处理做组织准备，减少机加工和热处理时的变形量；和传统正火工艺比，实现减少能源消耗、提高生产率、延长设备使用寿命、低碳环保；
10.(3)夹持齿圈毛坯，并进行粗车；
11.(4)精车齿坯，夹持外圆对齿圈内孔进行加工，夹持力度为50％以防变形；夹持内孔对齿圈外圆进行加工，保证内孔、外圆同轴、圆度及两端面的平行度；
12.(5)夹持齿圈外圆，保证夹持稳定、不变形，车齿圈内斜齿，保证din6级精度；
13.(6)首先进行渗碳，然后再使用压淬工装进行压淬，保证产品变形在一定范围内可
控。
14.进一步的，步骤(1)下料时，将ф120的棒料的长度控制在158
‑
159mm之间，材料重量偏差不超过0.63％。步骤(1)通过严格控制下料的重量级尺寸精度，尽可能控制减小粗加工余量，以控制齿圈毛坯的加工应力。
15.进一步的，步骤(1)碾环时，控制辊与主轴夹角、转动过程中的压下量，保证齿圈毛坯的圆度和尺寸精度。步骤(1)通过碾环保证一定的圆度及尺寸精度，尽可能控制减小粗加工余量，以控制齿圈毛坯的加工应力。
16.进一步的，步骤(2)的加热温度为855～875℃(ac3以上30～50℃)，保温2个小时后，快速冷却至560～640℃(珠光体转变区域)保温2个小时。等温冷却可使不同零件以及同一零件的不同部位温度均匀化，并在该温度下均匀地完成铁素体 珠光体转变，转变产物及应力、硬度分布是均匀的，克服了常规正火过程中零件冷却速度难以控制、零件冷却不均匀的问题。
17.进一步的，步骤(3)采用多点自适应夹紧方式夹持齿圈毛坯。齿圈属于薄壁件，夹紧方式的选择对变形量影响较大，加工开始时，采用多点自适应夹紧方式夹紧齿圈毛坯。
18.进一步的，步骤(4)采用多点自适应夹紧方式夹持外圆对齿圈内孔进行加工，采用膜簧(膜片弹簧)夹具夹持内孔对齿圈外圆进行加工。
19.进一步的，步骤(6)渗碳工艺包括渗碳、扩散、降温和保温阶段，其中，
20.渗碳阶段为在920℃环境下渗碳330min，期间保持环境碳势为1.0cp；
21.扩散阶段为在920℃环境下扩散30min，期间保持环境碳势为0.7cp；
22.降温阶段为将温度由920℃降至840℃，期间保持环境碳势为0.7cp；
23.保温阶段为在840℃环境下保温30min，期间保持环境碳势为0cp。
24.强渗阶段的环境温度和碳势较高，可以快速达到渗碳层的深度要求；扩散阶段降低碳势后，保证渗碳层厚度的一致性；在840℃进行保温，可以减少齿圈的变形量。
25.进一步的，步骤(6)压淬工艺为压淬工装受压力作用后对齿形形成压力，压淬过程中注意避免齿圈变形。
26.第二方面，本发明提供一种采用上述制造方法获得的硬齿面车桥轮边斜内齿圈。
27.本发明的有益效果在于，
28.本发明提供的硬齿面车桥轮边斜内齿圈制造方法，对原材料成分的严格控制，提高了原材料的一致性，减少了生产过程中的变形，采用碾环方式对齿圈毛坯进行生产，产品圆度和尺寸精度较好，粗加工余量小，生产效率高；在855～875℃下等温正火，组织均匀，硬度合理，改善切削性能，为后续渗碳、压淬处理做组织准备，减少变形量；车加工齿圈毛坯严格控制内、外圆的同轴、圆度及两端面的平行度，齿部精度可达到din6～7级；最终热处理按照先渗碳后压淬的工序，在提升齿部强度、硬度的同时，最大限度的保证了齿部精度，经统计，产品最终精度可达到din8～10级。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性
劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.一种硬齿面车桥轮边斜内齿圈，该斜内齿圈的化学成分按质量百分数计如下：
32.c：0.22％、si：0.28％、cr：0.43％、mn：0.92％、mo：0.44％、p：0.020％％、s：0.029％、al：0.033％、h：0.0002％、o：0.0020％、cu：0.10％、sn：0.010％、cu 10sn≤0.50％、ti：0.005％、sb：0.005％，余量为fe和不可避免的杂质元素；
33.钢材中化学成分的允许偏差符合下表1要求，
34.表1 化学成分允许偏差/wt％
35.元素csimncrmoalps偏差
±
0.01 0.03
±
0.04
±
0.05
±
0.03
±
0.003 0.005
±
0.005
36.该斜内齿圈由如下制造方法制得：
37.(1)下料、锻造、碾环得到齿圈毛坯；
38.下料时，将ф120的棒料的长度控制在158
‑
159mm之间，材料重量偏差不超过0.63％；
39.碾环时，控制辊与主轴夹角、转动过程中的压下量，保证齿圈毛坯的圆度和尺寸精度；
40.(2)对齿圈毛坯进行等温正火，正火温度为860℃，正火后在580℃等温冷却；
41.(3)采用多点自适应夹紧方式夹持齿圈毛坯，并进行粗车；
42.(4)精车齿坯，采用多点自适应夹紧方式夹持外圆对齿圈内孔进行加工，夹持力度为50％；采用膜簧夹具夹持内孔对齿圈外圆进行加工，保证内孔、外圆同轴、圆度及两端面的平行度；
43.(5)夹持齿圈外圆，保证夹持稳定、不变形，车齿圈内斜齿，保证din6级精度；
44.(6)首先进行渗碳，然后再使用压淬工装进行压淬；
45.渗碳工艺包括渗碳、扩散、降温和保温阶段，其中，
46.渗碳阶段为在920℃环境下渗碳330min，期间保持环境碳势为1.0cp；
47.扩散阶段为在920℃环境下扩散30min，期间保持环境碳势为0.7cp；
48.降温阶段为将温度由920℃降至840℃，期间保持环境碳势为0.7cp；
49.保温阶段为在840℃环境下保温30min，期间保持环境碳势为0cp；
50.压淬工艺为压淬工装受压力作用后对齿形形成压力，压淬过程中注意避免齿圈变形。
51.实施例1获得的斜内齿圈齿部精度达到din8～10级，详细检测结果如下表2所示；渗碳层深度能够稳定达到1.0mm以上，齿顶碳化物达到1级，节圆马氏体和残余奥氏体分别为4级和3级，能够较好的保证产品的尺寸精度。
52.表2 实施例1齿轮齿向、齿距、齿跳误差
[0053][0054][0055]
实施例2
[0056]
一种硬齿面车桥轮边斜内齿圈，该斜内齿圈的化学成分按质量百分数计如下：
[0057]
c：0.20％、si：0.34％、cr：0.50％、mn：0.88％、mo：0.48％、p：0.015％％、s：0.020％、al：0.040％、h：0.0001％、o：0.0010％、cu：0.17％、sn：0.030％、cu 10sn≤0.50％、ti：0.002％、sb：0.002％，余量为fe和不可避免的杂质元素；
[0058]
钢材中化学成分的允许偏差同上表1要求。
[0059]
该斜内齿圈由如下制造方法制得：
[0060]
(1)下料、锻造、碾环得到齿圈毛坯；
[0061]
下料时，将ф120的棒料的长度控制在158
‑
159mm之间，材料重量偏差不超过0.63％；
[0062]
碾环时，控制辊与主轴夹角、转动过程中的压下量，保证齿圈毛坯的圆度和尺寸精
度；
[0063]
(2)对齿圈毛坯进行等温正火，正火温度为870℃，正火后在620℃等温冷却；
[0064]
(3)采用多点自适应夹紧方式夹持齿圈毛坯，并进行粗车；
[0065]
(4)精车齿坯，采用多点自适应夹紧方式夹持外圆对齿圈内孔进行加工，夹持力度为50％；采用膜簧夹具夹持内孔对齿圈外圆进行加工，保证内孔、外圆同轴、圆度及两端面的平行度；
[0066]
(5)夹持齿圈外圆，保证夹持稳定、不变形，车齿圈内斜齿，保证din6级精度；
[0067]
(6)首先进行渗碳，然后再使用压淬工装进行压淬；
[0068]
渗碳工艺包括渗碳、扩散、降温和保温阶段，其中，
[0069]
渗碳阶段为在920℃环境下渗碳330min，期间保持环境碳势为1.0cp；
[0070]
扩散阶段为在920℃环境下扩散30min，期间保持环境碳势为0.7cp；
[0071]
降温阶段为将温度由920℃降至840℃，期间保持环境碳势为0.7cp；
[0072]
保温阶段为在840℃环境下保温30min，期间保持环境碳势为0cp；
[0073]
压淬工艺为压淬工装受压力作用后对齿形形成压力，压淬过程中注意避免齿圈变形。
[0074]
实施例2获得的斜内齿圈齿部精度达到din8～10级，渗碳层深度能够稳定达到1.0mm以上，齿顶碳化物达到1级，节圆马氏体和残余奥氏体分别为4级和3级，能够较好的保证产品的尺寸精度。
[0075]
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。