一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，包括如下步驟：1)制坯；2)正火；3)車削加工；4)熱處理；5)磨削加工；6)磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油。所述鍛壓工藝步驟設計合理，通過特別設計的熱處理步驟對齒輪坯件進行處理，所得三檔齒輪硬度高，耐磨性好，耐腐性高，鍛壓成本低，鍛壓工藝對環境友好。
【專利說明】
一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝
技術領域
[0001] 本發明涉及一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝。
【背景技術】
[0002] 汽車變速箱分為手動、自動兩種，手動變速箱主要由齒輪和軸組成，通過不同的齒 輪組合產生變速變矩;而自動變速箱AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統組成，通 過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。
[0003] 手動變速箱主要由齒輪和軸組成，通過不同的齒輪組合產生變速變矩；而自動變 速箱AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式 來達到變速變矩。
[0004] 自動變速箱是相對于手動變速箱而出現的一種能夠自動根據汽車車速和發動機 轉速來進行自動換擋操縱的變速裝置。目前汽車自動變速箱常見的有四種型式，分別是液 力自動變速箱(AT)、機械無級自動變速箱(CVT)、電控機械自動變速箱(AMT)和雙離合自動 變速箱。
[0005] 而不論是手動變速箱還是自動變速箱，其內的中間軸用齒輪均為重要組成部分， 中間軸齒輪根據檔位不同，共分一檔~五檔齒輪，而三檔齒輪作為中間檔位，其性能的優 劣，將直接影響汽車變速箱的正常、安全的運轉。現有汽車變速箱用中間軸三檔齒輪均采用 鍛造工藝，鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有 一定機械性能、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生的鑄態疏松等缺陷，優化微觀組織結構，同時由于 保存了完整的金屬流線，鍛件的機械性能一般優于同樣材料的鑄件。相關機械中負載高、工 作條件嚴峻的重要零件，除形狀較簡單的可用乳制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。
[0006] 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。材料的原始狀態有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態金屬。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提高產品質量、降低成本有很大關系。
[0007] 對于汽車變速箱用齒輪的鍛造，目前國內主要存在如下文獻：
[0008] 專利公開號: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、鍛造、熱處理、表面噴丸強化處理等步驟。與現有技術相比較，采用 本發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，不僅具有較高的強度和 硬度，還具有優良的韌性、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境中長期工作的要求。然而該專利采用粉末鍛造工藝制造齒 輪，由于粉末粒徑細小，容易堵塞鍛件模具，影響鍛造效率。
【發明內容】
[0009] 為解決上述存在的問題，本發明的目的在于提供一種汽車變速箱中間軸用三檔齒 輪鍛壓工藝，所述鍛壓工藝步驟設計合理，通過特別設計的熱處理步驟對齒輪坯件進行處 理，所得三檔齒輪硬度高，耐磨性好，耐腐性高，鍛壓成本低，鍛壓工藝對環境友好。
[0010] 為達到上述目的，本發明的技術方案是：
[0011] -種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，包括如下步驟：
[0012] 1)制坯
[0013] 將用于制造三檔齒輪的齒輪鋼放入熱模鍛壓力機中進行鍛造，鍛造壓力為800~ lOOOMPa，鍛造比為2~3,始鍛溫度1100~1200°C，終鍛溫度950~1050°C，得所述三檔齒輪 坯件，坯件高度與坯件直徑之間比值為1.5~2.5;
[0014] 2)正火
[0015] 將所述坯件置于正火爐中，以1 ·5~2°C/min的速率升溫至680~700°C，再以1 ·0~ 1.5°C/min的速率升溫至960~1050 °C，保溫2~2.5小時出爐，空冷至室溫，冷卻速度10~15 °C/min；
[0016] 3)車削加工
[0017] 采用數控車床對正火處理后的毛坯進行車削加工，進行切邊、沖孔，同步完成坯件 孔徑、端面及外圓的加工，孔徑、端面及外圓分別預留1~2mm的加工余量，整體表面粗造度 為Ra5~6ym;
[0018] 4)熱處理
[0019]將步驟3)處理后的坯件放入滲碳爐內，在滲碳劑的作用下進行多次滲碳處理，先 將坯件溫度升至800~850 °C，均溫10~15min，進行第一次滲碳，使得滲碳爐中碳勢達1.0~ 1.1C%，爐內溫度升至850~900°C，保溫5~lOmin后，進行第二次滲碳，并向爐內通入氮氣、 丙烷及甲醇的混合氣體，使得爐內碳勢達1.1~1.2C%，降溫至750~800°C，保溫5~lOmin 后，進行第三次滲碳，使得爐內碳勢降至0.8~0.9C%，將750~800 °C的坯件送入淬火爐，再 80~100 °C的淬火油中進行淬火，淬火時長30~40min，淬火完成后靜置10~15min去除坯件 表面的淬火油，淬火后的坯件降溫至180~200 °C，送入回火爐中進行1~1.5h的回火，完成 坯件的熱處理；
[0020] 5)磨削加工
[0021] 對回火處理后的坯件的孔徑、端面及外圓進行磨削加工，磨削去除外圓加工余量 至表面粗造度為RaO. 6~0.8μηι，磨削去除孔徑加工余量至表面粗糙度為RaO. 6~0.8μηι，磨 削去除端面加工余量至表面粗糙度為RaO. 6~0.8μπι;
[0022] 6)磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油
[0023] 將磨削加工處理后的坯件進行磷皂化處理，清理去除表面氧化皮，送入齒輪拋光 機拋光，涂覆防銹油，干燥，得所述汽車發動機用三檔齒輪。
[0024]進一步，所述三檔齒輪用齒輪鋼其化學成分質量百分比為:C: 0.16~0.21 %，Si : 0.10~0.12%，Mn:0.80~1.15%，Cr:1.20~1.21%，P:0.015~0.018%，Al:0.05~ 0.07%，Ni :0.01~0.25%，Mo:0.15~0.35%，W:0.08~0.15%，Nb:0.08~0.15%，N< 0.002%，0<0.0015%，余量為Fe和不可避免的雜質元素。
[0025]另，所述三檔齒輪用齒輪鋼生產方法包括如下步驟：
[0026] 1)冶煉、鑄造
[0027] 按下述化學成分采用電爐進行冶煉、鑄造:C:0.16~0.21%，Si :0.10~0.12%， Mn:0.80~1.15%，Cr:1.20~1.21%，P:0.015~0.018%，Al :0.05~0.07%，Ni:0.01~ 0.25%，Mo:0.15~0.35%，W:0.08~0.15%，Nb:0.08~0.15%，N<0.002%，0<0.0015%， 余量為Fe和不可避免的雜質；按上述成分進行冶煉并澆鑄成鑄坯；
[0028] 2)鑄坯加熱
[0029] 將所得鑄坯送至加熱爐加熱，鑄坯在爐時間1.2~1.5min/mm，鑄坯出爐溫度1230 ~1265°C;
[0030] 3)乳制、冷卻
[0031] 將所得鑄坯保溫后乳制，終乳溫度1000~1050°C，乳后待溫至830~860°C，然后水 冷至室溫、酸洗，得所述三檔齒輪用齒輪鋼。
[0032]另有，步驟1)所用熱模鍛壓力機為1600T熱模鍛壓力機或4000T熱模鍛壓力機。
[0033]再，步驟1)中所述鍛造采用閉式熱模鍛。
[0034]再有，步驟4)所用滲碳劑為煤油。
[0035]且，步驟4)所述滲碳步驟中，第一次滲碳時長為0.5~0.8小時，第二次滲碳時長為 1.2~2.5小時，第三次滲碳時長為0.3~0.7小時。
[0036] 另，所述磷皂化處理時間為1~2小時。
[0037]本發明的有益效果在于：
[0038]所述鍛造工藝結合汽車變速箱中間軸用三檔齒輪結構專門設計，不需要剃齒等工 序，工藝步驟設計合理，針對性強，所述三檔齒輪采用特制齒輪鋼鍛壓而成，配合特殊的熱 處理工藝，使得三檔齒輪齒表面硬度為60~65HRC;有效硬化層深HV550 ;芯部硬度40~ 45HRC，適應汽車發動機高速運轉的特性，抗拉強度高達900~lOOOMPa，屈服強度高達800~ 900MPa，在解除疲勞循環基礎N = 5X107時，三檔齒輪彎曲疲勞極限〇出腐達490~510MPa， 通過磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油處理，三檔齒輪表面光澤度高，美觀實用，且耐腐蝕 能力強。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發明所提供的一種汽車變速箱中間軸三檔齒輪鍛壓工藝所得惰齒輪的結 構示意圖。
【具體實施方式】
[0040] 以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。實施例中采用的實 施條件可以根據廠家的條件作進一步調整，未說明的實施條件通常為常規實驗條件。
[0041] 參見圖1，本發明所提供的一種汽車變速箱中間軸三檔齒輪鍛壓工藝所得惰齒輪 包括一圓環100,圓環100開口 101處沿開口 101周向凸設一圓環102。
[0042] 本發明提供一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，包括如下步驟：
[0043] 1)制坯
[0044]將用于制造三檔齒輪的齒輪鋼放入熱模鍛壓力機中進行鍛造，鍛造壓力為800~ lOOOMPa，鍛造比為2~3,始鍛溫度1100~1200°C，終鍛溫度950~1050°C，得所述三檔齒輪 坯件，坯件高度與坯件直徑之間比值為1.5~2.5;
[0045] 2)正火
[0046] 將所述坯件置于正火爐中，以1.5~2°C/min的速率升溫至680~700°C，再以1.0~ 1.5°C/min的速率升溫至960~1050 °C，保溫2~2.5小時出爐，空冷至室溫，冷卻速度10~15 °C/min；
[0047] 3)車削加工
[0048] 采用數控車床對正火處理后的毛坯進行車削加工，進行切邊、沖孔，同步完成坯件 孔徑、端面及外圓的加工，孔徑、端面及外圓分別預留1~2mm的加工余量，整體表面粗造度 為Ra5~6ym;
[0049] 4)熱處理
[0050] 將步驟3)處理后的坯件放入滲碳爐內，在滲碳劑的作用下進行多次滲碳處理，先 將坯件溫度升至800~850 °C，均溫10~15min，進行第一次滲碳，使得滲碳爐中碳勢達1.0~ 1.1C%，爐內溫度升至850~900°C，保溫5~lOmin后，進行第二次滲碳，并向爐內通入氮氣、 丙烷及甲醇的混合氣體，使得爐內碳勢達1.1~1.2C%，降溫至750~800°C，保溫5~lOmin 后，進行第三次滲碳，使得爐內碳勢降至0.8~0.9C%，將750~800 °C的坯件送入淬火爐，再 80~100 °C的淬火油中進行淬火，淬火時長30~40min，淬火完成后靜置10~15min去除坯件 表面的淬火油，淬火后的坯件降溫至180~200 °C，送入回火爐中進行1~1.5h的回火，完成 坯件的熱處理；
[0051 ] 5)磨削加工
[0052] 對回火處理后的坯件的孔徑、端面及外圓進行磨削加工，磨削去除外圓加工余量 至表面粗造度為RaO. 6~0.8μηι，磨削去除孔徑加工余量至表面粗糙度為RaO. 6~0.8μηι，磨 削去除端面加工余量至表面粗糙度為RaO. 6~0.8μπι;
[0053] 6)磷皂化處理、清理、拋光、涂防銹油
[0054] 將磨削加工處理后的坯件進行磷皂化處理，清理去除表面氧化皮，送入齒輪拋光 機拋光，涂覆防銹油，干燥，得所述汽車發動機用三檔齒輪。
[0055]進一步，所述三檔齒輪用齒輪鋼其化學成分質量百分比為:C: 0.16~0.21 %，Si : 0.10~0.12%，Mn:0.80~1.15%，Cr:1.20~1.21%，P:0.015~0.018%，Al:0.05~ 0.07%，Ni :0.01~0.25%，Mo:0.15~0.35%，W:0.08~0.15%，Nb:0.08~0.15%，N< 0.002%，0<0.0015%，余量為Fe和不可避免的雜質元素。
[0056]另，所述三檔齒輪用齒輪鋼生產方法包括如下步驟：
[0057] 1)冶煉、鑄造
[0058] 按下述化學成分采用電爐進行冶煉、鑄造:C:0.16~0.21%，Si :0.10~0.12%， Μη:0.80~1.15%，Cr:l .20~1.21 %，P:0.015~0.018%，A1:0.05~0.07%，Ni :0.01 ~ 0.25%，Μ〇:0·15~0.35%，W:0.08~0.15%，Nb:0.08~0.15%，N彡0.002%，0彡0.0015%， 余量為Fe和不可避免的雜質；按上述成分進行冶煉并澆鑄成鑄坯；
[0059] 2)鑄坯加熱
[0060] 將所得鑄坯送至加熱爐加熱，鑄坯在爐時間1.2~1.5min/mm，鑄坯出爐溫度1230 ~1265°C;
[0061] 3)乳制、冷卻
[0062] 將所得鑄坯保溫后乳制，終乳溫度1000~1050°C，乳后待溫至830~860°C，然后水 冷至室溫、酸洗，得所述三檔齒輪用齒輪鋼。
[0063] 另有，步驟1)所用熱模鍛壓力機為1600T熱模鍛壓力機或4000T熱模鍛壓力機。
[0064] 再，步驟1)中所述鍛造采用閉式熱模鍛。
[0065]再有，步驟4)所用滲碳劑為煤油。
[0066]且，步驟4)所述滲碳步驟中，第一次滲碳時長為0.5~0.8小時，第二次滲碳時長為 1.2~2.5小時，第三次滲碳時長為0.3~0.7小時。
[0067] 另，所述磷皂化處理時間為1~2小時。
[0068] 其中，表1為本發明各個實施例所提供的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓 工藝中所用齒輪鋼的成分列表。表2為本發明各個實施例所提的一種汽車變速箱中間軸用 三檔齒輪鍛壓工藝所得三檔齒輪的機械性能列表。
[0069] 表 1(單位:wt%)
[0070]
[0073]本發明所提供的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，所述鍛造工藝結合 汽車變速箱中間軸用三檔齒輪結構專門設計，不需要剃齒等工序，工藝步驟設計合理，針對 性強，所述三檔齒輪采用特制齒輪鋼鍛壓而成，配合特殊的熱處理工藝，使得三檔齒輪齒表 面硬度為60~65HRC;有效硬化層深HV550;芯部硬度40~45HRC，適應汽車發動機高速運轉 的特性，抗拉強度高達900~lOOOMPa，屈服強度高達800~900MPa，在解除疲勞循環基礎N = 5 X107時，三檔齒輪彎曲疲勞極限omm高達490~510MPa，通過磷皂化處理、清理、拋光、涂防 銹油處理，三檔齒輪表面光澤度高，美觀實用，且耐腐蝕能力強。
[0074]需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對發明的技術 方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的范圍，其均應涵蓋在本發明的權 利要求范圍中。
【主權項】
1. 一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，其特征在于，包括如下步驟： 1) 制坯 將用于制造三檔齒輪的齒輪鋼放入熱模鍛壓力機中進行鍛造，鍛造壓力為800~ lOOOMPa，鍛造比為2~3,始鍛溫度1100~1200°C，終鍛溫度950~1050°C，得所述三檔齒輪坯 件，坯件高度與坯件直徑之間比值為1.5~2.5; 2) 正火 將所述坯件置于正火爐中，以1.5~2°C/min的速率升溫至680~700°C，再以1.0~1.5°C/ min的速率升溫至960~1050°C，保溫2~2.5小時出爐，空冷至室溫，冷卻速度10~15°(：/1^11; 3) 車削加工 采用數控車床對正火處理后的毛坯進行車削加工，進行切邊、沖孔，同步完成坯件孔 徑、端面及外圓的加工，孔徑、端面及外圓分別預留1~2mm的加工余量，整體表面粗造度為 Ra5 ~6μπι; 4) 熱處理 將步驟3)處理后的坯件放入滲碳爐內，在滲碳劑的作用下進行多次滲碳處理，先將坯 件溫度升至800~850°C，均溫10~15min，進行第一次滲碳，使得滲碳爐中碳勢達1.0~1.1C%， 爐內溫度升至850~900°C，保溫5~IOmin后，進行第二次滲碳，并向爐內通入氮氣、丙烷及甲 醇的混合氣體，使得爐內碳勢達1.1~1.2 C%，降溫至750~800°C，保溫5~IOmin后，進行第三 次滲碳，使得爐內碳勢降至〇. 8~0.9C%，將750~800°C的坯件送入淬火爐，再80~100 °C的淬火 油中進行淬火，淬火時長30~40min，淬火完成后靜置10~15min去除坯件表面的淬火油，淬火 后的坯件降溫至180~200°C，送入回火爐中進行1~1.5h的回火，完成坯件的熱處理； 5) 磨削加工 對回火處理后的坯件的孔徑、端面及外圓進行磨削加工，磨削去除外圓加工余量至表 面粗造度為RaO. 6~0.8μπι，磨削去除孔徑加工余量至表面粗糙度為RaO. 6~0.8μπι，磨削去除 端面加工余量至表面粗糙度為RaO. 6~0.8μπι; 6) 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行磷皂化處理，清理去除表面氧化皮，送入齒輪拋光機拋 光，涂覆防銹油，干燥，得所述汽車發動機用三檔齒輪。2. 根據權利要求1所述的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，其特征在于，所 述三檔齒輪用齒輪鋼其化學成分質量百分比為：C:0.16~0.21%，Si: 0.1(Μ). 12%，Μη: 0.80~ 1.15%，Cr:1.20~1.21%，P:0.015~0.018%，Al:0.05~0.07%，Ni :0.01~0.25%，Mo:0.15~ 0 · 35%，W: 0 · 08~0 · 15%，Nb: 0 · 08~0 · 15%，N彡 0 · 002%，0彡 0 · 0015%，余量為 Fe和不可避免的雜 質兀素。3. 根據權利要求2所述的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，其特征在于，所 述三檔齒輪用齒輪鋼生產方法包括如下步驟： 冶煉、鑄造 按下述化學成分采用電爐進行冶煉、鑄造：C: 0.16~0.21%，Si : 0.10~0.12%，Mn: 0.80~ 1.15%,Cr:1.20-1.21%,P:0.015-0.018%,Al :0.05-0.07%,Ni :0.01-0.25%,Mo:0.15-0.35%, ￥:0.08~0.15%，恥:0.08~0.15%4彡0.002%，0彡0.0015%，余量為？6和不可避免的雜質；按上 述成分進行冶煉并澆鑄成鑄坯； 鑄坯加熱 將所得鑄坯送至加熱爐加熱，鑄坯在爐時間1.2~1.5min/mm，鑄坯出爐溫度1230~1265 °C； 車L制、冷卻 將所得鑄坯保溫后乳制，終乳溫度1000~l〇50°C，乳后待溫至830~860°C，然后水冷至 室溫、酸洗，得所述三檔齒輪用齒輪鋼。4. 根據權利要求1所述的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，其特征在于，步 驟1)所用熱模鍛壓力機為1600T熱模鍛壓力機或4000T熱模鍛壓力機。5. 根據權利要求1所述的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，其特征在于，步 驟1)中所述鍛造采用閉式熱模鍛。6. 根據權利要求1所述的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，其特征在于，步 驟4)所用滲碳劑為煤油。7. 根據權利要求1所述的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，其特征在于，步 驟4)所述滲碳步驟中，第一次滲碳時長為0.5~0.8小時，第二次滲碳時長為1.2~2.5小時，第 三次滲碳時長為〇. 3~0.7小時。8. 根據權利要求1所述的一種汽車變速箱中間軸用三檔齒輪鍛壓工藝，其特征在于，所 述磷皂化處理時間為1~2小時。
【文檔編號】B23P15/14GK105945536SQ201610387955
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】甘元, 張添鑫, 陸以春, 陳波, 易立, 王正國
【申請人】江蘇保捷鍛壓有限公司