一種汽車主減速器用從動(dòng)齒輪粉末鍛壓工藝的制作方法

本發(fā)明涉及一種汽車主減速器用從動(dòng)齒輪粉末鍛壓工藝。

背景技術(shù)：

主減速器(final reduction drive)在驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速改變的機(jī)構(gòu)?；竟τ檬菍碜宰兯倨骰蛘呷f向傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)矩增大，同時(shí)降低轉(zhuǎn)速并改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。主減速器由一對(duì)或幾對(duì)減速齒輪副構(gòu)成。動(dòng)力由主動(dòng)齒輪輸入經(jīng)從動(dòng)齒輪輸出。

主減速器是在傳動(dòng)系中起降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩作用的主要部件，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)還具有改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向的作用。它是依靠齒數(shù)少的齒輪帶齒數(shù)多的齒輪來實(shí)現(xiàn)減速的，采用圓錐齒輪傳動(dòng)則可以改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向。將主減速器布置在動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪分流之前的位置，有利于減小其前面的傳動(dòng)部件(如離合器、變速器、傳動(dòng)軸等)所傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而減小這些部件的尺寸和質(zhì)量。

汽車主減速器最主要的作用，就是減速增扭。我們知道發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率是一定的，根據(jù)功率的計(jì)算公式W＝M*v(功率＝扭矩*速度)，當(dāng)通過主減速器將傳動(dòng)速度降下來以后，能獲得比較高的輸出扭矩，從而得到較大的驅(qū)動(dòng)力。此外，汽車主減速器還有改變動(dòng)力輸出方向、實(shí)現(xiàn)左右車輪差速或中后橋的差速功能。

從動(dòng)齒輪作為主減速器中齒輪組的重要一員，其性能和質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)汽車主減速器的運(yùn)轉(zhuǎn)有著很大影響。目前，主減速器用從動(dòng)齒輪大多采用普通鍛造沖壓工藝，鍛造是一種利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法，鍛壓(鍛造與沖壓)的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于 保存了完整的金屬流線，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。相關(guān)機(jī)械中負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡(jiǎn)單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。

其中，鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金。材料的原始狀態(tài)有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態(tài)金屬。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時(shí)間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本有很大關(guān)系。

而粉末鍛造，powder forging，通常是指將粉末燒結(jié)的預(yù)成形坯經(jīng)加熱后，在閉式模中鍛造成零件的成形工藝方法。它是將傳統(tǒng)粉末冶金和精密鍛造結(jié)合起來的一種新工藝，并兼兩者的優(yōu)點(diǎn)?？梢灾迫∶芏冉咏牧侠碚撁芏鹊姆勰╁懠?，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺點(diǎn)。使粉末鍛件的某些物理和力學(xué)性能達(dá)到甚至超過普通鍛件的水平，同時(shí)，又保持了普通粉末冶金少屑、無屑工藝的優(yōu)點(diǎn)。通過合理設(shè)計(jì)預(yù)成形坯和實(shí)行少、無飛邊鍛造，具有成形精確，材料利用率高，鍛造能量消耗少等特點(diǎn)。

目前，國內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)關(guān)于汽車主減速器用從動(dòng)齒輪的粉末鍛造工藝，而對(duì)于粉末鍛造工藝，國內(nèi)主要存在如下專利文獻(xiàn)：

專利公開號(hào)：CN105312585A，公開了一種叉車變速箱齒輪的粉末鍛造方法，其包括配料及混料、壓制、燒結(jié)、鍛造、熱處理、表面噴丸強(qiáng)化處理等步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明粉末鍛造方法制得的叉車變速箱齒輪具有較好的綜合性能，不僅具有較高的強(qiáng)度和硬度，還具有優(yōu)良的韌性、耐磨性、耐疲勞性和抗沖擊性，適合用于叉車變速箱齒輪這樣的受到較大的沖擊力和磨損的環(huán)境中長(zhǎng)期工作的要求。然而，該專利主要用于變速箱齒輪的粉末鍛造，其僅僅在粉末鍛造階段工序處 理的較為詳細(xì)，而對(duì)于鍛造完成后的后處理，也僅僅有熱處理及拋丸，缺少對(duì)于齒輪表面的磨削及其他處理，齒輪表面性能及強(qiáng)度不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種汽車主減速器用從動(dòng)齒輪粉末鍛壓工藝，采用粉末鍛壓工藝，配合符合從動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)的模具，可有效減少粉末浪費(fèi)，提升利用效率，粉末采用合金鋼粉末混合形成，多種元素的組合，可有效提升主減速齒輪的性能，所得主減速齒輪硬度高，耐磨性好，耐腐性高，鍛壓成本低，鍛壓工藝對(duì)環(huán)境友好。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種汽車主減速器用從動(dòng)齒輪粉末鍛壓工藝，包括如下步驟：

1)混料

將NS322鎳鉬合金鋼粉末、20CrMnTi合金鋼粉末及高韌性耐磨合金鋼粉末以5～8:6～9:2～3的質(zhì)量比在混合機(jī)內(nèi)混合20～30min；

2)壓制

將步驟1)所得混料送入壓制機(jī)壓制成粗坯，壓制力為2～3t/cm²；

3)燒結(jié)

將步驟2)所得粗坯送入燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣體氛圍下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度800～900℃，燒結(jié)時(shí)間1～2小時(shí)；

4)制坯

將步驟3)燒結(jié)后的粗坯放入熱模鍛壓力機(jī)中進(jìn)行鍛造，鍛造壓力始鍛溫度1100～1200℃，終鍛溫度950～1050℃，得所述從動(dòng)齒輪坯件，坯件高度與坯件直徑之間比值為1.5～2.5；

5)正火

將所述坯件置于正火爐中，以1.5～2℃/min的速率升溫至680～700℃，再以1.0～1.5℃/min的速率升溫至960～1050℃，保溫2～2.5小時(shí)出爐，空 冷至室溫，冷卻速度10～15℃/min；

6)車削加工

采用數(shù)控車床對(duì)正火處理后的毛坯進(jìn)行車削加工，進(jìn)行切邊、沖孔，同步完成坯件孔徑、端面及外圓的加工，孔徑、端面及外圓分別預(yù)留1～2mm的加工余量，整體表面粗造度為Ra5～6μm；

7)滲碳、淬火

將車削加工后的坯件置于加熱爐內(nèi)，在滲碳劑中以15～20℃/min的速率升溫至900～950℃進(jìn)行滲碳，滲碳時(shí)間2～4小時(shí)，將滲碳后的齒輪冷卻至810～850℃，均溫1～1.5小時(shí)，然后在80～100℃淬火油中淬火；

8)回火

將淬火后的坯件送入回火爐中進(jìn)行回火處理，回火溫度500～550℃，保溫2～4h后，以10℃/min的速度冷卻至室溫；

9)磨削加工

對(duì)回火處理后的坯件的孔徑、端面及外圓進(jìn)行磨削加工，磨削去除外圓加工余量至表面粗造度為Ra0.6～0.8μm，磨削去除孔徑加工余量至表面粗糙度為Ra0.6～0.8μm，磨削去除端面加工余量至表面粗糙度為Ra0.6～0.8μm；

10)磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油

將磨削加工處理后的坯件進(jìn)行磷皂化處理，清理去除表面氧化皮，送入齒輪拋光機(jī)拋光，涂覆防銹油，干燥，得所述汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用從動(dòng)齒輪。

進(jìn)一步，步驟1)所述高韌性耐磨合金鋼其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08％，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量為Fe和不可避免 的雜質(zhì)。

另，所述高韌性耐磨合金鋼的生產(chǎn)方法包括如下步驟：

1)冶煉、鑄造

按下述化學(xué)成分采用電爐進(jìn)行冶煉、鑄造：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08％，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；按上述成分進(jìn)行冶煉并澆鑄成鑄坯；

2)鑄坯加熱

將所得鑄坯送至加熱爐加熱，鑄坯在爐時(shí)間1.2～1.5min/mm，鑄坯出爐溫度1230～1265℃；

3)制、冷卻

將所得鑄坯保溫后軋制，終軋溫度1000～1050℃，軋后待溫至830～860℃，然后水冷至室溫、酸洗，得所述高韌性耐磨合金鋼。

另有，步驟4)所述熱模鍛壓力機(jī)中鍛壓力為800～1000MPa。

再，步驟4)所述熱模鍛壓力機(jī)中鍛造比為2～3。

再有，步驟4)所用熱模鍛壓力機(jī)為1600T熱模鍛壓力機(jī)或4000T熱模鍛壓力機(jī)。

且，步驟4)中所述鍛造采用閉式熱模鍛。

另，步驟7)所用滲碳劑為煤油。

再，步驟7)所述滲碳步驟中，滲碳分為起始階段、強(qiáng)滲階段和擴(kuò)散階段，起始階段的碳勢(shì)CP為0.8～0.9C％，強(qiáng)滲階段的碳勢(shì)CP為0.9～1.02C％；擴(kuò)散階段的碳勢(shì)0.75～0.5C％，起始階段的時(shí)間為0.5～0.8小時(shí)，強(qiáng)滲階段的時(shí)間1.2～2.5小時(shí)，擴(kuò)散階段的時(shí)間為0.3～0.7小時(shí)。

另有，所述磷皂化處理時(shí)間為1～2小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果在于：

所述鍛造工藝結(jié)合汽車主減速器用從動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)專門設(shè)計(jì)，不需要剃齒等工序，工藝步驟設(shè)計(jì)合理，針對(duì)性強(qiáng)，采用粉末鍛壓工藝，采用閉合模鍛，鍛件沒有飛邊，無材料損耗，最終機(jī)械加工余量小，從粉末原材料到成品齒輪，總材料利用率高達(dá)95％以上，所得檔位齒輪采用幾種高性能合金鋼粉末混合鍛壓而成，尤其添加特制的高韌性耐磨合金鋼粉末，可明顯提升從動(dòng)齒輪性能，所得從動(dòng)齒輪齒表面硬度為55～60HRC；有效硬化層深HV550；芯部硬度35～40HRC，適應(yīng)汽車差速器運(yùn)轉(zhuǎn)的特性，抗拉強(qiáng)度高達(dá)900～950MPa，屈服強(qiáng)度高達(dá)800～850MPa，在解除疲勞循環(huán)基礎(chǔ)N＝5×10⁷時(shí)，惰齒輪彎曲疲勞極限σ_flim高達(dá)480～500MPa，通過磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油處理，惰齒輪表面光澤度高，美觀實(shí)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的一種汽車雙離合變速箱用檔位齒輪粉末鍛壓工藝所得檔位齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)廠家的條件作進(jìn)一步調(diào)整，未說明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件。

參見圖1和圖2，本發(fā)明所提供的一種汽車雙離合變速箱用檔位齒輪粉末鍛壓工藝所得檔位齒輪的結(jié)構(gòu)包括一圓環(huán)100，圓環(huán)100上表面向內(nèi)凹陷形成一環(huán)形凹面101，該環(huán)形凹面101與圓環(huán)100形成階梯狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供一種汽車主減速器用從動(dòng)齒輪粉末鍛壓工藝，包括如下 步驟：

1)混料

將NS322鎳鉬合金鋼粉末、20CrMnTi合金鋼粉末及高韌性耐磨合金鋼粉末以5～8:6～9:2～3的質(zhì)量比在混合機(jī)內(nèi)混合20～30min；

2)壓制

將步驟1)所得混料送入壓制機(jī)壓制成粗坯，壓制力為2～3t/cm²；

3)燒結(jié)

將步驟2)所得粗坯送入燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣體氛圍下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度800～900℃，燒結(jié)時(shí)間1～2小時(shí)；

4)制坯

將步驟3)燒結(jié)后的粗坯放入熱模鍛壓力機(jī)中進(jìn)行鍛造，鍛造壓力始鍛溫度1100～1200℃，終鍛溫度950～1050℃，得所述從動(dòng)齒輪坯件，坯件高度與坯件直徑之間比值為1.5～2.5；

5)正火

將所述坯件置于正火爐中，以1.5～2℃/min的速率升溫至680～700℃，再以1.0～1.5℃/min的速率升溫至960～1050℃，保溫2～2.5小時(shí)出爐，空冷至室溫，冷卻速度10～15℃/min；

6)車削加工

采用數(shù)控車床對(duì)正火處理后的毛坯進(jìn)行車削加工，進(jìn)行切邊、沖孔，同步完成坯件孔徑、端面及外圓的加工，孔徑、端面及外圓分別預(yù)留1～2mm的加工余量，整體表面粗造度為Ra5～6μm；

7)滲碳、淬火

將車削加工后的坯件置于加熱爐內(nèi)，在滲碳劑中以15～20℃/min的速率升溫至900～950℃進(jìn)行滲碳，滲碳時(shí)間2～4小時(shí)，將滲碳后的齒輪冷卻至810～850℃，均溫1～1.5小時(shí)，然后在80～100℃淬火油中淬火；

8)回火

將淬火后的坯件送入回火爐中進(jìn)行回火處理，回火溫度500～550℃，保溫2～4h后，以10℃/min的速度冷卻至室溫；

9)磨削加工

對(duì)回火處理后的坯件的孔徑、端面及外圓進(jìn)行磨削加工，磨削去除外圓加工余量至表面粗造度為Ra0.6～0.8μm，磨削去除孔徑加工余量至表面粗糙度為Ra0.6～0.8μm，磨削去除端面加工余量至表面粗糙度為Ra0.6～0.8μm；

10)磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油

將磨削加工處理后的坯件進(jìn)行磷皂化處理，清理去除表面氧化皮，送入齒輪拋光機(jī)拋光，涂覆防銹油，干燥，得所述汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用從動(dòng)齒輪。

進(jìn)一步，步驟1)所述高韌性耐磨合金鋼其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08％，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

另，所述高韌性耐磨合金鋼的生產(chǎn)方法包括如下步驟：

1)冶煉、鑄造

按下述化學(xué)成分采用電爐進(jìn)行冶煉、鑄造：C：0.25～0.3％，Si：0.3～0.45％，Mn：0.80～1.15％，Cr：1.20～2.5％，P：0.015～0.018％，Al：0.05～0.07％，Ni：0.8～1.25％，Mo：0.3～0.35％，B：0.01～0.08％，W：0.08～0.15％，Nb：0.08～0.15％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；按上述成分進(jìn)行冶煉并澆鑄成鑄坯；

2)鑄坯加熱

將所得鑄坯送至加熱爐加熱，鑄坯在爐時(shí)間1.2～1.5min/mm，鑄坯出爐溫度1230～1265℃；

3)制、冷卻

將所得鑄坯保溫后軋制，終軋溫度1000～1050℃，軋后待溫至830～860℃，然后水冷至室溫、酸洗，得所述高韌性耐磨合金鋼。

另有，步驟4)所述熱模鍛壓力機(jī)中鍛壓力為800～1000MPa。

再，步驟4)所述熱模鍛壓力機(jī)中鍛造比為2～3。

再有，步驟4)所用熱模鍛壓力機(jī)為1600T熱模鍛壓力機(jī)或4000T熱模鍛壓力機(jī)。

且，步驟4)中所述鍛造采用閉式熱模鍛。

另，步驟7)所用滲碳劑為煤油。

再，步驟7)所述滲碳步驟中，滲碳分為起始階段、強(qiáng)滲階段和擴(kuò)散階段，起始階段的碳勢(shì)CP為0.8～0.9C％，強(qiáng)滲階段的碳勢(shì)CP為0.9～1.02C％；擴(kuò)散階段的碳勢(shì)0.75～0.5C％，起始階段的時(shí)間為0.5～0.8小時(shí)，強(qiáng)滲階段的時(shí)間1.2～2.5小時(shí)，擴(kuò)散階段的時(shí)間為0.3～0.7小時(shí)。

另有，所述磷皂化處理時(shí)間為1～2小時(shí)。

其中，表1為本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所提供的一種汽車主減速器用從動(dòng)齒輪粉末鍛壓工藝中所用高韌性耐磨合金鋼的成分列表。表2為本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所提供的一種汽車主減速器用從動(dòng)齒輪粉末鍛壓工藝所得從動(dòng)齒輪的機(jī)械性能列表。

表1(單位：wt％)

表2

本發(fā)明所提供的一種汽車主減速器用從動(dòng)齒輪粉末鍛壓工藝，所述鍛造工藝結(jié)合汽車主減速器用從動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)專門設(shè)計(jì)，不需要剃齒等工序，工藝步驟設(shè)計(jì)合理，針對(duì)性強(qiáng)，采用粉末鍛壓工藝，采用閉合模鍛，鍛件沒有飛邊，無材料損耗，最終機(jī)械加工余量小，從粉末原材料到成品齒輪，總材料利用率高達(dá)95％以上，所得檔位齒輪采用幾種高性能合金鋼粉末混合鍛壓而成，尤其添加特制的高韌性耐磨合金鋼粉末，可明顯提升從動(dòng)齒輪性能，所得從動(dòng)齒輪齒表面硬度為55～60HRC；有效硬化層深HV550；芯部硬度35～40HRC，適應(yīng)汽車差速器運(yùn)轉(zhuǎn)的特性，抗拉強(qiáng)度高達(dá)900～950MPa，屈服強(qiáng)度高達(dá)800～850MPa，在解除疲勞循環(huán)基礎(chǔ)N＝5×10⁷時(shí)，惰齒輪彎曲疲勞極限σ_flim高達(dá)480～500MPa，通過磷 皂化處理、清理、拋光、涂防銹油處理，惰齒輪表面光澤度高，美觀實(shí)用。

需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。