專利名稱：高錳鋼復合齒輪鑄造方法及高錳鋼復合鑄造齒輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種復合齒輪的鑄造方法，同時還設計采用該工藝方法制造的高錳鋼復合鑄造齒輪，屬于礦山機械傳動技術領域。
背景技術：
礦山重載機械的傳動齒輪工作環境惡劣，因此具有特別的使用要求。據申請人了解，現有礦山重載機械采用的傳動齒輪主要通過傳統工藝用合金結構鋼或碳素結構鋼整體鑄造，直接鑄出齒形。
為了滿足傳動時抗沖擊、耐磨損的特殊使用要求，重載傳動齒輪既要具有一定的韌性，又要具有良好的耐磨性。因此，鑄造成型后的齒輪需要在經過必要的機械加工后，經過熱處理獲得足夠的表面硬度。然而，現有鑄造齒輪由于基體硬度及耐磨性與表面差異很大，當表面層耐損后，基體急劇磨損，使用壽命通常只有2-3個月，更換頻繁，不能滿足高效率生產重載荷礦山機械的傳動需要。
長期以來，如何延長礦山載重機械傳動齒輪的壽命，一直是受到行業關注的問題。為了解決這一難題，人們先后取了不少辦法，如采用碳結鋼或合金結構鋼鍛打成型、改進表面熱處理工藝，等等。結果，一方面，制造成本增加，另一方面，并不能有效提高礦山載重機械傳動齒輪的使用壽命。
事實上，采用合適金屬材料制造重載傳動齒輪的探索也一直在進行。尤其是高錳鋼——自身具有良好的韌性，在沖擊下具有冷作硬化的特性——內韌外剛，既抗沖擊，又耐磨損，成本經濟，因此理當是制造重載傳動齒輪的理想材料。遺憾的是，高錳鋼機械加工性能很差，用其鑄造齒輪后，無法采用常規的機械加工方法加工出符合裝置精度要求的內孔及花鍵結構。因此，由于機械加工問題無法解決，高錳鋼齒輪的制造愿望一直未能實現。
發明內容
本發明的目的在于針對以上現有技術存在的問題，提出一種成本經濟、切實可行的高錳鋼復合齒輪鑄造方法，同時給出采用該方法制造的高錳鋼復合鑄造齒輪，從而為礦山重載機械提供既抗沖擊又耐磨損的傳動齒輪。
為了達到以上目的，經反復實驗摸索，形成的本發明高錳鋼復合齒輪鑄造方法包括以下步驟1)制作外圍內廓與鑄造齒齒廓吻合、內圍外徑位于成型后齒圈厚度范圍內的齒輪外圈鑄造形模，以及外徑等于留有機械加工余量齒輪坯內徑的齒輪內圈鑄造形模；2)分別熔制高錳鋼和結構鋼(合金結構鋼或碳素結構鋼)兩種鋼水，鋼水溫度分別控制在1350±20℃度和1300±20℃度；3)將高錳鋼鋼水澆鑄到齒輪外圍鑄造形模中，鑄造齒輪外圈；4)待澆鑄后的高錳鋼鋼水冷卻至1200±20℃度時，拆去外圈鑄造形模的內圍，在已成型高錳鋼齒輪外圈的內孔中央嵌入內圈鑄造形模；5)將結構鋼鋼水澆鑄到齒輪內圈鑄造形模與高錳鋼齒輪外圈的內孔之間，使其與外圈的高錳鋼結合面形成金相結合；6)鑄造完成后及時保溫處理8小時以上；7)將保溫處理后的鑄造產品進行熱處理，迅速冷卻到1000±20℃度，保持10小時以上。
8)在結構鋼齒輪內圈上加工所需內孔結構。
簡言之，即用模具先將高錳鋼水澆鑄齒輪外齒圈(規定的厚度)，待高錳鋼水凝固時，再加入碳素鋼或合金結構鋼水澆滿齒輪內圈，使齒輪的內、外圈同時凝固即成。以上步驟2)、4)中的溫度過低難以完成鑄造，溫度過高不僅未來晶粒粗大，而且容易引起未來內外圈收縮不均，導致結合強度差。鑄造成型后保溫以及熱處理不僅可以消除內應力，增強兩種材料的結合強度，而且有助于改善齒輪的機械性能。
顯然，采用以上工藝方法制成的高錳鋼復合鑄造齒輪由包括齒廓的高錳鋼齒輪外圈和結構鋼內圈構成，所述外高錳鋼外圈與結構鋼內圈的結合面為經鑄造形成的金相結合，所述結構鋼內圈制有所需內孔結構。
本發明將兩種不同材質的金屬材料通過鑄造復合在一起，使其既可以充分發揮錳鋼抗沖擊、耐磨損的特性，又可以合理利用結構鋼良好的機械加工性能，從而制造出能夠滿足使用要求的重載傳動齒輪，尤其是，兩種材料通過復合鑄造形成金相結合，可以傳遞機械結合結構無法承受的大扭矩，即使反復承受強沖擊也不會出現裂縫。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
圖1為本發明一個實施例的結構示意圖。
圖2為圖1的俯視圖。
具體實施例方式
實施例一本實施例為一種用于礦山機械傳動的高錳鋼復合鑄造齒輪，如圖1和圖2所示，該齒輪由包括齒廓6的高錳鋼齒輪外圈1和碳素結構鋼內圈4經整體鑄造構成，外高錳鋼外圈1與碳素結構鋼內圈4的結合面2位于齒圈最小厚度中間，為經鑄造形成的金相結合。結構鋼內圈4制有帶花鍵3的內孔。由于碳素結構鋼具有良好的機械加工性能，因此該內孔的花鍵結構在鑄造后按所需精度經機械加工形成。該齒輪的兩邊制有與高錳鋼齒輪外圈1齒廓整體鑄造形成的擋邊5，可以使該齒輪在齒條上運動時自動軸向限位。
該齒輪的具體鑄造步驟如下1)制作外圍內廓與鑄造齒齒廓吻合并帶檔邊型腔、內圍外徑位于成型后齒圈最小厚度中間的齒輪外圈鑄造形模，以及外徑等于留有機械加工余量齒輪坯內徑的齒輪內圈鑄造形模；2)分別熔制高錳鋼和結構鋼(合金結構鋼或碳素結構鋼)兩種鋼水，鋼水溫度分別控制在1350℃度和1300℃度；3)將高錳鋼鋼水澆鑄到齒輪外圍鑄造形模中，鑄造齒輪外圈；4)待澆鑄后的高錳鋼鋼水冷卻至1200℃度時，拆去外圈鑄造形模，在已成型高錳鋼齒輪外圈的內孔中央嵌入內圈鑄造形模；5)將結構鋼鋼水澆鑄到齒輪內圈鑄造形模與高錳鋼齒輪外圈的內孔之間，使其與外圈的高錳鋼結合面形成金相結合；6)鑄造完成后及時保溫處理10小時；7)將保溫處理后的鑄造產品進行熱處理，迅速冷卻到1000℃度，保持12小時；8)在結構鋼齒輪內圈的鑄造孔中加工出花鍵結構。
本實施例鑄造高錳鋼的成分可按下表選擇高錳鋼化學成分單位％
總之，本實施例采用合理的控制參數，將兩種不同收縮率的材料，通過復合鑄造構成整體，即先用高錳鋼水鑄造齒圈部分——這樣可以發揮高錳鋼的高耐磨性能；待高錳鋼齒圈處于凝固點時，再澆鑄易切削加工的碳素結構鋼(合金結構鋼也可)——這樣可以借助其金加工的良好性能，制出所需精度的內孔結構。
本實施例的復合鑄造齒輪兼具兩種材質的優點——耐磨性和易切削性，并取長補短，克服了兩種材質的不足，從而解決了現有技術存在的問題，可以很好地滿足重載荷機械使用要求。
以上實施例的齒輪只需用兩種材質的鋼水鑄造成型，工藝切實可行。實驗證明，通過復合材料鑄造的礦山重載荷機械傳動齒輪比原來的齒輪使用壽命延長3——5倍，成本十分經濟。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。例如，為了增強兩種鋼材的鑄造結合強度，齒輪外圈鑄造形模的內圍可以制成鋸齒狀或其它增加結合面積、使高錳鋼齒輪外圈和結構鋼內圈相互交錯結合的結構，從而形成高錳鋼齒輪外圈和結構鋼內圈相互交錯結合，等等。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種高錳鋼復合齒輪鑄造方法，包括以下步驟1)制作外圍內廓與鑄造齒齒廓吻合、內圍外徑位于成型后齒圈厚度范圍內的齒輪外圈鑄造形模，以及外徑等于留有機械加工余量齒輪坯內徑的齒輪內圈鑄造形模；2)分別熔制高錳鋼和結構鋼(合金結構鋼或碳素結構鋼)兩種鋼水，鋼水溫度分別控制在1350±20℃度和1300±20℃度；3)將高錳鋼鋼水澆鑄到齒輪外圍鑄造形模中，鑄造齒輪外圈；4)待澆鑄后的高錳鋼鋼水冷卻至1200±20℃度時，拆去外圈鑄造形模的內圍，在已成型高錳鋼齒輪外圈的內孔中央嵌入內圈鑄造形模；5)將結構鋼鋼水澆鑄到齒輪內圈鑄造形模與高錳鋼齒輪外圈的內孔之間，使其與外圈的高錳鋼結合面形成金相結合；6)鑄造完成后及時保溫處理8小時以上；7)將保溫處理后的鑄造產品進行熱處理，迅速冷卻到1000±20℃度，保持10小時以上；8)在結構鋼齒輪內圈上加工所需內孔結構。
2.根據權利要求1所述高錳鋼復合齒輪鑄造方法，其特征在于所述結構鋼為碳素結構鋼。
3.根據權利要求1所述高錳鋼復合齒輪鑄造方法，其特征在于所述結構鋼為合金結構鋼。
4.根據權利要求2或3所述高錳鋼復合齒輪鑄造方法，其特征在于所述步驟1)中齒輪外圈鑄造形模的內圍外徑位于成品齒圈最小厚度的中間。
5.一種高錳鋼復合齒輪，由包括齒廓的高錳鋼齒輪外圈和結構鋼內圈構成，其特征在于所述外高錳鋼外圈與結構鋼內圈的結合面為經鑄造形成的金相結合，所述結構鋼內圈制有所需內孔結構。
6.根據權利要求5所述高錳鋼復合齒輪，其特征在于所述內孔結構為制有花鍵的內孔。
7.根據權利要求6所述高錳鋼復合齒輪，其特征在于所述高錳鋼齒輪外圈齒廓的兩邊為整體鑄造形成的擋邊。
8.根據權利要求7所述高錳鋼復合齒輪，其特征在于所述高錳鋼齒輪外圈和結構鋼內圈相互交錯結合。
全文摘要
本發明涉及一種復合齒輪的鑄造方法及采用該工藝方法制造的高錳鋼復合鑄造齒輪，屬于礦山機械傳動技術領域。該方法用模具先將高錳鋼水澆鑄齒輪外齒圈，待高錳鋼水凝固時，再加入碳素鋼或合金結構鋼水澆滿齒輪內圈，使齒輪的內、外圈同時凝固即成。鑄造出的高錳鋼復合齒輪由包括齒廓的高錳鋼齒輪外圈和結構鋼內圈構成，所述外高錳鋼外圈與結構鋼內圈的結合面為經鑄造形成的金相結合，所述結構鋼內圈制有所需內孔結構。本發明將兩種不同材質的金屬材料通過鑄造復合在一起，使其既可以充分發揮錳鋼抗沖擊、耐磨損的特性，又可以合理利用結構鋼良好的機械加工性能，可以傳遞機械結合結構無法承受的大扭矩，即使反復承受強沖擊也不會出現裂縫。
文檔編號B22D19/16GK1792506SQ20051013495
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月30日 優先權日2005年12月30日
發明者王炎 申請人:張立富