專利名稱：制造環形齒輪用扁鋼絲的扁鋼絲制造方法
技術領域：
本發明涉及一種扁鋼絲制造方法，所述方法通過冷加工加工圓鋼制造用于形成環形齒輪的具有高尺寸精度的扁鋼絲，而無需回火以軟化通過冷加工硬化的扁鋼絲表面。
背景技術：
有多種制造用于形成環形齒輪和螺旋形鋼絲的扁鋼絲的扁鋼絲制造方法。這些方法包括通過拉模拉拔熱軋的扁鋼絲制造扁鋼絲的扁鋼絲制造方法；通過拉模拉拔熱軋的圓鋼條制造扁鋼絲的扁鋼絲制造方法；通過冷拉熱軋的圓鋼條制造扁鋼絲的扁鋼絲制造方法；和通過熱軋熱軋的圓鋼條制造扁鋼絲的扁鋼絲制造方法。
盡管因為可以以高軋制速度軋制圓鋼條，只通過冷軋處理或熱軋處理加工圓鋼條制造扁鋼絲的扁鋼絲制造方法可以以高生產率制造扁鋼絲，但是該扁鋼絲制造方法不能制造具有高的尺寸精度的扁鋼絲。與通過冷軋處理制造的扁鋼絲相比，通過熱軋處理制造的扁鋼絲在尺寸精度方面差，并且需要通過機械加工進行加工以除去鱗和脫碳層。當通過拉模拉拔方法加工圓鋼條制造扁鋼絲時，除非圓鋼條的直徑大于拉模5的模孔的寬度，否則如圖6A中所示圓鋼條不能填滿拉模5。因此，需要如圖6B中所示的直徑很大的圓鋼條1制造具有高平直度的扁鋼絲。具有這種大直徑的圓鋼條1的斷面減縮率必然大，并且圓鋼條1在拉模拉拔過程中斷裂。
當通過冷加工處理以高加工率加工圓鋼條制造寬的扁鋼絲時，在扁鋼絲的側表面容易產生裂紋。在JP-A 64-27703中公開的制造用于形成螺旋形彈簧的扁鋼絲的方法通過在冷軋處理初期的至少一次斷面減縮處理加工扁鋼絲的側部以在扁鋼絲的寬度方向上，使面積以在1.5和15％之間的斷面減縮率范圍內的斷面減縮率降低。
本發明的發明人通過實驗檢驗了JP-A 64-27703中論述的在寬度方向上的扁鋼絲側部的在1.5和15％之間的斷面減縮率范圍。發現在1.5和15％之間的斷面減縮率范圍與用于環形齒輪的冷拉扁鋼絲的所需硬度沒有直接關系，并且環形鋼絲用扁鋼絲的硬度依賴于冷拉處理中的總斷面減縮率。還發現只通過在JP-A 64-27703中提到的冷拉處理精加工的扁鋼絲具有低尺寸精度，具有分別具有不同硬度的主表面和側表面，并且在質量方面不令人滿意。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種能夠制造環形齒輪用扁鋼絲的扁鋼絲制造方法，所述扁鋼絲在硬度和尺寸精度方面令人滿意，具有小的主表面硬度和側表面硬度之差，并且無需回火以軟化通過冷加工硬化的扁鋼絲表面。
一種通過冷加工處理從碳含量為0.30～0.60％的圓鋼條原料制造環形齒輪用扁鋼絲的扁鋼絲制造方法，所述方法包括在進行所述冷加工處理為至少一次的冷軋或冷軋輥拉拔后，在該冷加工處理的最后階段，通過使用拉模對扁鋼絲的整個表面進行拉模拉拔的扁鋼絲精加工步驟，其中，相對于上述碳含量，該冷加工處理中的總斷面減縮率為55％～65％以下。
根據本發明的扁鋼絲制造方法可以包括在所述冷軋或冷軋輥拉拔和所述扁鋼絲精加工步驟之間，實施至少一次在與所述扁鋼絲的寬度平行的兩個方向上壓制所述扁鋼絲的側表面的雙向軋制步驟，或至少一次在四個方向上壓制所述扁鋼絲的側表面以及上下表面的四向軋制步驟。
一種通過冷加工處理從碳含量為0.30～0.60％的圓鋼條原料制造環形齒輪用扁鋼絲的扁鋼絲制造方法，所述方法包括對在冷加工處理中進行了至少一次冷軋或冷軋輥拉拔的原料，進行在該述冷加工處理的最后階段，使用拉模對扁鋼絲的整個表面進行拉模拉拔的扁鋼絲精加工步驟，其中，相對于上述碳含量，該冷加工處理加工中的總斷面減縮率為55％～65％以下。
根據本發明的扁鋼絲制造方法可以包括對進行了所述冷軋或冷軋輥拉拔的原料，在所述扁鋼絲精加工步驟之前，實施至少一次在與所述扁鋼絲的寬度平行的兩個方向上壓制所述扁鋼絲的側表面的雙向軋制步驟，或至少一次在四個方向上壓制所述扁鋼絲的所述側表面以及上下表面的四向軋制步驟。
圖1是顯示扁鋼絲的表面硬度S(HRB洛氏硬度B)隨總斷面減縮率Rt變化的圖，所述扁鋼絲通過冷加工處理分別具有不同碳含量的直徑為15mm的圓鋼條形成，所述冷加工包括使用冷軋的扁鋼絲成型處理和使用拉模的扁鋼絲精加工處理。表面硬度S指成品扁鋼絲的上表面或下表面和側表面的硬度的平均值。從圖1中知道，扁鋼絲的表面硬度S不依賴于包括冷軋和冷拉的加工方法，而依賴于總斷面減縮率Rt。考慮到扁鋼絲的可加工性并且在使扁鋼絲彎曲成環以形成環形齒輪時避免在扁鋼絲中產生裂紋，用于環形齒輪的成品扁鋼絲的表面硬度S必須等于或低于HRB 105。從圖1中知道，在冷加工處理中適當的總斷面減縮率Rt對于碳含量在0.30至0.40％的范圍內的圓鋼條等于或低于65％，對于碳含量在0.40至0.50％的范圍內的圓鋼條等于或低于60％，并且對于碳含量在0.50至0.60％的范圍內的圓鋼條等于或低于55％。即，碳含量在上述范圍內的圓鋼條的總斷面減縮率Rt的上限必須在55至65％的范圍內。對用于形成不同于環形齒輪的部件的扁鋼絲，可加工性和機械加工性是重要的。因此，適宜的是通過冷加工處理以等于或低于65％的總斷面減縮率加工圓鋼條，降低用于形成不同于環形齒輪的部件的扁鋼絲的硬度。通過使用拉模的拉模拉拔精加工的扁鋼絲具有高的尺寸精度，并且可以縮窄其中分布這樣精加工的扁鋼絲的寬度和厚度的范圍。因為在冷加工處理的最后階段通過拉模拉拔精加工扁鋼絲，所以通過冷軋的寬度增加作用，可以降低通過拉模拉拔拉拔扁鋼絲時的拉拔收縮率的增加。因為適宜的總斷面減縮率上限在55至65％的范圍內，所以扁鋼絲具有較低的表面硬度。因此，扁鋼絲無需通過用于降低硬度的回火處理進行加工，并且可以避免在扁鋼絲的側表面中產生裂紋。
如典型地在圖2中顯示，當通過冷軋或冷軋輥拉拔加工圓鋼條1時，在箭頭P的方向上壓縮圓鋼條1以形成具有凸側表面2b的半成品扁鋼絲2。在冷加工處理的最后階段使用的拉模具有拉拔腔，拉拔腔具有平直側表面。當通過拉模拉拔具有凸側表面2b的半成品扁鋼絲2時，以不同的減縮率加工側表面2b的部分。因此，成品扁鋼絲的側表面的狀態比成品扁鋼絲上下表面的狀態差。因為通過降低半成品扁鋼絲2的寬度使凸側表面變平，所以成品扁鋼絲的全部表面可以被精加工成令人滿意的狀態。一些扁鋼絲的一個或兩個側表面是圓形的。可以通過使用帶槽軋輥降低扁鋼絲的側表面來形成這種扁鋼絲。
根據本發明的扁鋼絲制造方法通過在冷加工處理中的冷軋或冷軋輥拉拔加工圓鋼條以形成半成品扁材，然后通過使用拉模的拉模拉拔加工半成品扁鋼絲，將所述半成品扁鋼絲精加工，獲得成品的環形齒輪用扁鋼絲，其中對于分別具有不同碳含量的圓鋼條，總斷面減縮率的上限在55至65％的范圍內。這樣制造的扁鋼絲在尺寸精度方面是令人滿意的，上下表面以及側表面分別具有分布在窄的硬度范圍內的適當硬度，無需通過回火處理進行加工，并且可以抑制在側表面中產生裂紋。
當扁鋼絲制造方法包括在扁鋼絲成型步驟和扁鋼絲精加工步驟之間實施至少一次雙向軋制步驟，即將扁鋼絲的側表面在與所述扁鋼絲的寬度平行的兩個方向上壓制，或至少一次四向軋制步驟，即將所述扁鋼絲的側表面以及上下表面在四個方向上壓制的時候，可以使半成品扁鋼絲的凸側表面變平，從而可以以令人滿意的狀態精加工所述扁鋼絲的全部表面。
從以下描述，并結合附圖，本發明的上述和其它目的、特征和優點將變得更加明顯，在附圖中圖1是幫助說明表面硬度和通過冷加工處理加工工件時的總斷面減縮率的關系的圖；圖2是圓鋼條和通過采用冷加工處理垂直壓縮圓鋼條形成的半成品扁鋼絲的典型端視圖；圖3是在根據本發明的優選實施方案中，扁鋼絲制造方法中包括的冷加工處理的流程圖；圖4是幫助說明在優選實施方案中，扁鋼絲制造方法中包括的冷加工處理步驟的圖解視圖；圖5是幫助說明兩向軋制步驟和四向軋制步驟的典型圖；和圖6A和6B是幫助說明通過拉拔圓鋼條形成扁鋼絲的狀態的典型圖。
具體實施例方式
參考圖3，顯示了在根據本發明的優選實施方案中使用冷加工處理的扁鋼絲制造方法的步驟，在步驟S10中，通過冷軋或冷軋輥拉拔，將碳含量在0.30至0.60％的范圍內的圓鋼條，即工件逐漸軋制成半成品扁鋼絲2(圖2)。在步驟S10中形成的半成品扁鋼絲2具有平坦的上下表面2a以及外凸的側表面2b。在步驟S10a中，通過相對于寬度的兩向軋制或相對于寬度和厚度的四向軋制，在冷加工處理中將半成品扁鋼絲2軋制至少一次以使半成品扁鋼絲2的凸側表面2b變平。適宜的是將所述工件交替進行兩向軋制或四向軋制和冷軋或冷拉。在步驟S20中，通過在冷加工處理的最后階段使用拉模拉模拉拔精加工半成品扁鋼絲2以獲得成品扁鋼絲。通過拉拔以在10至50％的范圍內的拉拔減縮率軋制半成品扁鋼絲2。通常，適宜的拉拔減縮率在30％的量級。考慮到圓鋼條的碳含量，在55至65％的范圍內選擇性確定通過包括步驟S10、S10a和S20的冷加工處理軋制圓鋼條的適當總斷面減縮率的上限。從而通過拉拔獲得成品扁鋼絲。
實施例1使用碳含量為0.48％、直徑為15mm的圓鋼條1作為工件。通過圖4A至4D中所示的軋制道次連續加工所述工件。圖4A至4E分別顯示了在道次出口的工件的截面形狀。通過將連續道次的軋制方向改變90°，交替軋制上下表面2a以及側表面2b。通過四個冷軋道次獲得厚度為11mm并且寬度為14.5mm的半成品扁鋼絲2。通過使用拉模的冷拉模拉拔精加工半成品扁鋼絲2，獲得厚度為9mm并且寬度為12mm的成品扁鋼絲2。冷加工處理的總斷面減縮率約為40％。表1顯示了通過四個軋制道次加工的扁鋼絲的表面硬度(HRB)和通過一個拉拔道次精加工的扁鋼絲的表面硬度。在表1中，“寬表面”是扁鋼絲的上下表面2a，并且“窄表面”是扁鋼絲的側表面2b。
表1
從表1中明顯看出，在四個冷軋道次之后的半成品扁鋼絲的在寬表面的中間部分和窄表面的中間部分之間的硬度差為HRB 7。通過一個拉拔道次精加工的成品扁鋼絲的寬表面和窄表面的各自中間部分都具有HRB 100的相同硬度。因為在四個冷軋道次中每隔一個道次在與寬度平行的方向上壓制工件的側表面，所以通過拉拔精加工的扁鋼絲的全部表面的質量令人滿意。
實施例2調節冷加工處理的參數和加工的總斷面減縮率以通過加工碳含量為0.4％的圓鋼條，獲得厚度為9mm并且寬度為12mm的扁鋼絲。扁鋼絲的硬度、硬度離散性、尺寸精度和表面質量示于表2中。兩向軋機的軋輥的直徑為270mm。通過改變圓鋼條的直徑改變總斷面減縮率。
在表2中，在最終硬度，即成品扁鋼絲的硬度一欄中的圓表示等于或低于HRB 100的硬度，在最終硬度離散性一欄中的圓表示在成品扁鋼絲側表面中的三個中間點的硬度平均值和所述成品扁鋼絲上表面(或下表面)中的三個中間點的硬度平均值之差等于或低于HRB 5，在尺寸精度一欄中的圓表示成品扁鋼絲的厚度和寬度分別在9±0.05mm和12±0.05mm的范圍內，并且在尺寸精度一欄中的三角形表示成品扁鋼絲的厚度和寬度分別在9±0.10mm和12±0.10mm的范圍內。在表面質量一欄中，雙圓表示在視覺上沒有發現在表面中的任何不規則，并且表面的表面質量令人很滿意，圓表示在視覺上幾乎沒有發現在表面中的不規則，并且表面的表面質量令人滿意，并且三角形表示在視覺上發現了在表面中的一些不規則。
表2
從表2中看出，其中只通過在冷加工處理中的兩向軋制加工的樣品1至3的硬度分布范圍比可允許的分散范圍寬，并且這些樣品的尺寸精度和表面質量不滿足所需的尺寸精度和所需的表面質量。通過冷軋和拉模拉拔兩者加工的樣品4至7的硬度、硬度離散性、尺寸精度和表面質量是令人滿意的。樣品8至11和樣品12至15的表面質量是特別令人滿意的，所述樣品號8至11是使用軋輥3，通過相對于寬度的兩向軋制，以圖5中所示的形狀加工由第一軋制道次軋制的工件而得到的，所述樣品12至15是使用軋輥4a、4b、4c和4d，通過相對于寬度的四向軋制，以圖5中所示的形狀加工由第一軋制道次軋制的工件而得到的。通過冷加工處理以超過60％的總斷面減縮率加工的樣品4至7、8至11和12至15的硬度不在所需的硬度范圍內，并且其中這些樣品的硬度分布范圍比所需的分布范圍寬。從樣品4、8和12的數據明顯看出，盡管依賴于圓鋼條的碳含量，但是適宜的總斷面減縮率在40％的量級。在表2中的數據證實了本發明的有益效果。當需要具有一個外凸弧形側表面的扁鋼絲時，軋輥3中的一個是帶槽軋輥，并且軋輥4c和4d中的任一個是帶槽軋輥。當需要具有外凸弧形側表面的扁鋼絲時，軋輥3是帶槽軋輥，并且軋輥4c和4d都是帶槽軋輥。
盡管以具有一定特殊性的優選實施方案的方式描述了本發明，但是顯然其中可以有多種變化和修改。因此，應該理解，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，可以與在此具體所述不同地實施本發明。
權利要求
1.一種通過冷加工處理從碳含量為0.30～0.60％的圓鋼條原料制造環形齒輪用扁鋼絲的扁鋼絲制造方法，所述方法包括在進行所述冷加工處理為至少一次的冷軋或冷軋輥拉拔后，在該冷加工處理的最后階段，通過使用拉模對扁鋼絲的整個表面進行拉模拉拔的扁鋼絲精加工步驟，其中，相對于上述碳含量，該冷加工處理中的總斷面減縮率為55％～65％以下。
2.根據權利要求1所述的扁鋼絲制造方法，其中包括在所述冷軋或冷軋輥拉拔和所述扁鋼絲精加工步驟之間，實施至少一次在與所述扁鋼絲的寬度平行的兩個方向上壓制所述扁鋼絲的側表面的雙向軋制步驟，或至少一次在四個方向上壓制所述扁鋼絲的側表面以及上下表面的四向軋制步驟。
3.一種通過冷加工處理從碳含量為0.30～0.60％的圓鋼條原料制造環形齒輪用扁鋼絲的扁鋼絲制造方法，所述方法包括對在冷加工處理中進行了至少一次冷軋或冷軋輥拉拔的原料，進行在該冷加工處理的最后階段，使用拉模對扁鋼絲的整個表面進行拉模拉拔的扁鋼絲精加工步驟，其中，相對于上述碳含量，該冷加工處理加工中的總斷面減縮率為55％～65％以下。
4.根據權利要求3所述的扁鋼絲制造方法，其中包括對進行了所述冷軋或冷軋輥拉拔的原料，在所述扁鋼絲精加工步驟之前，實施至少一次在與所述扁鋼絲的寬度平行的兩個方向上壓制所述扁鋼絲的側表面的雙向軋制步驟，或至少一次在四個方向上壓制所述扁鋼絲的所述側表面以及上下表面的四向軋制步驟。
全文摘要
通過冷加工處理加工碳含量在0.30和0.60％之間的圓鋼條以形成用于形成環形齒輪的扁鋼絲。所述冷加工處理通過至少一個冷軋或冷軋輥拉拔步驟和至少一個兩向或四向軋制步驟形成半成品扁鋼絲。在所述冷加工處理的最后階段，通過使用拉模的拉模拉拔加工所述半成品扁鋼絲以獲得成品扁鋼絲。所述冷加工處理以等于或低于65％的總斷面減縮率軋制所述圓鋼條。
文檔編號B21C1/00GK101088701SQ20071011001
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月12日 優先權日2006年6月12日
發明者串田仁, 石上修, 大河內則夫, 宮崎莊司 申請人:株式會社神戶制鋼所