行星齿轮轴、行星齿轮轴专用材料及其热锻成型工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种行星齿轮轴、行星齿轮轴专用材料及其热锻成型工艺，应用在机械加工技术领域，针对车削加工材料利用率低、行星齿轮轴强度薄弱的问题，其技术方案要点是：提供了以下方案：行星齿轮轴专用材料，按质量百分比含有以下组分：C：0.15%～0.21%、Si：0.15%

【技术实现步骤摘要】
行星齿轮轴、行星齿轮轴专用材料及其热锻成型工艺


[0001]本专利技术涉及机械加工
，更具体地说，它涉及一种行星齿轮轴、行星齿轮轴专用材料及其热锻成型工艺。

技术介绍

[0002]行星齿轮轴是机动车变速器中的关键零部件，其精度是齿轮传动精度的有力保证。行星齿轮轴在使用过程中常常发生磨损，使用量大，当行星齿轮轴磨损严重时，会对机械结构的性能和寿命产生不良影响，因此，行星齿轮轴的加工工艺需同时考虑产品的机械性能和加工成本。
[0003]目前，行星齿轮轴在加工时，多采用国产棒料直接车削成型，国产棒料的材料多为20MCr5，这种加工工艺使用的棒料毛坯的尺寸为φ65x96mm，重量2.5kg，加工后成品的重量是1.12kg，材料的利用率只有45%，造成了极大的浪费，并且，20MCr5加工后的产品淬透性差，当齿轮轴两端需要滚齿时，中间连接部分的结构薄弱，现有的材料和成型工艺无法满足产品的强度要求；因此需要提出一种行星齿轮轴、行星齿轮轴专用材料及其热锻成型工艺，提高材料的利用率，增强行星齿轮轴的机械强度。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种行星齿轮轴、行星齿轮轴专用材料及其热锻成型工艺，其优点是替代传统的直接车削加工工艺，提高材料利用率和行星齿轮轴的结构强度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种行星齿轮轴专用材料，按质量百分比含有以下组分：C：0.15%～0.21%、Si：0.15%
‑
0.40%、Mn：0.60%
‑
0.90%、P：≤0.035%、S：≤0.035%、Cr：0.70%
‑
1.00%、Mo：0.15%
‑
0.25%、Ni：1.20%
‑
1.50%、Al：0.02%
‑
0.05%、N：0.005%
‑
0.015%、V：≤0.10%、Nb：≤0.04%，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
[0006]本专利技术进一步设置为：按质量百分比各组分的含量为：C：0.18%、Si：0.24%、Mn：0.84%、P：0.015%、S：0.009%、Cr：0.95%、Mo：0.17%、Ni：1.45%、Al：0.025%、N：0.008%、V：0.08%、Nb：0.03%。
[0007]通过上述技术方案，在铁基材料中添加一定比例的钼、铬、钒、铌，使其具有较高的淬透性的同时保持高强度和韧性。
[0008]本专利技术还提供了一种行星齿轮轴，利用上述所述的行星齿轮轴专用材料制造，包括支撑轴、设置于所述支撑轴一端的滚齿和设置于所述支撑轴远离滚齿一端的转轴，所述支撑轴、转轴、滚齿同轴且一体成型，所述转轴的直径小于支撑轴的直径，所述滚齿的中部设置有沿中心轴线贯穿该滚齿的轴孔。
[0009]本专利技术进一步设置为：滚齿的齿数为10，模数为3，压力角20
°
，螺旋角0
°
，中径30mm，齿根圆直径25.44mm，两齿齿厚（mm）14.91（+0.03/0）。
[0010]通过上述技术方案，行星齿轮轴的强度和韧性大，综合力学性能好，使用寿命长，并且，行星齿轮轴一体成型，结构稳定、传动平稳、运行噪音小。
[0011]本专利技术还提供了一种行星齿轮轴热锻成型工艺，用于制造上述所述的行星齿轮轴，包括以下步骤：步骤一：制备锻造棒料：通过铁基改性、锻打和等温正火三道工序制造锻造棒料，其中：铁基改性工序：在钢包炉外精炼期通过对铁基材料按材料配比添加钼丝、铬条、钒丝、铌丝，并搅拌均匀，对基材进行改性；锻打工序：将材料通过电炉或天然气炉加热至Ac3以下200摄氏度左右即820~850摄氏度，经模具热锻压，形成锻材；等温正火工序：将锻打工序形成的锻材进行等温正火处理，获得锻造棒料；步骤二：下料：切割锻造棒料获得锻造毛坯，锻造毛坯直径为φ40mm，锻前长度为200mm，综合锻造比为4：1；步骤三：锻前预热：利用加热炉将锻造毛坯加热至1050℃
±
50℃，且最高温度控制在1090℃以下，锻造毛坯在最高温停留10秒形成预锻件后，立即取出；步骤四：一锻：将步骤三中形成的预锻件放入预锻模具内进行预锻，形成外形与行星齿轮轴外形一致的终锻件；步骤五：二锻：将步骤四中形成的终端件放入终锻模具内，使用冲头对终锻件进行终锻，形成锻造品；终锻时，对冲头进行水冷降温，并在冲头与终锻件的接触处添加石墨颗粒；步骤六：堆冷：将锻造品堆放，使其自然缓慢冷却至0℃～40℃，冷却的温度根据自然室温确定；步骤七：滚齿加工：利用滚齿机对锻造品的端部进行滚齿加工，形成机加工品；步骤八：渗碳：利用热处理炉对步骤七形成的机加工品进行渗碳处理，形成最终的成品。
[0012]通过上述技术方案，优选综合锻造比为4：1的锻造毛坯进行热锻处理，锻造出来的成品饱满无塌边；此外，热锻工艺使元素的晶粒重新组合，得到更加均匀的组织，锻造毛坯热轧时化学元素偏析对材料性能的负影响，消除了棒料内部较大的气孔和夹渣；热锻工艺改变了材料内部的金属流线，使材料内部的流线连贯，不是单向流线，产品的抗疲劳、抗冲击能力得到很大的提升，产品拥有更大的结构强度和综合力学性能，可以在不超出设计安全上限的较大工作载荷的状态下长期工作；通过冲头加工轴孔，加工精度高，可提高行星齿轮轴的传动稳定性；表面渗碳工艺有利于增强行星齿轮轴的耐磨性；二锻时使用水对冲头进行降温冷却，同时添加石墨颗粒，增加冲头的润滑性，使冲出的型腔表面光滑，无凸起或凹陷；热锻后再进行机加工，与传统的直接车削加工相比，提高了材料的使用率，降低了机加工的成本，同时行星齿轮轴的结构强度得到提升。
[0013]本专利技术进一步设置为：等温正火工序包括以下步骤：步骤一：装框：锻材平铺于料架上，保证锻材的中心轴线与料架呈正交；步骤二：加热：将锻材加热至920℃，加热时间按照材料的有效厚度/2*（2~3）分钟，利用热电偶检测温度；
步骤三：奥氏体保温+等温处理：保温时间按照材料的有效厚度/2*（2~3）分钟控制，材料完全奥氏体化，冷却均匀，使奥氏体过冷到A1温度以下的580~650℃温度，等温850摄氏度至少4小时，形成F+P组织，去除残余奥氏体组织；步骤四：风冷：风冷2
‑
2.5小时至室温。
[0014]通过上述技术方案，采用等温处理的锻材，能够获得良好的切削加工性能和稳定的淬火变形规律。
[0015]本专利技术进一步设置为：所述预锻模具包括模套和可拆卸设置于所述模套内的模舱，所述模舱的中部形成外形与行星齿轮轴外形一致的锻造腔，预锻件的侧面贴合锻造腔的侧壁，所述终锻模具与预锻模具的结构相同。
[0016]通过上述技术方案，模套的作用是稳定模舱，同时防止在锻打时，模舱发生变形和开裂；模舱与模套可拆卸连接，模舱磨损后，直接更换新的模舱，无需更换整套模具，提高了整套模具的使用寿命。
[0017]本专利技术进一步设置为：所述预锻模具、终锻模具的材质均为4Cr5MoSiV模具钢，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种行星齿轮轴专用材料，其特征在于，按质量百分比含有以下组分：C：0.15%～0.21%、Si：0.15%
‑
0.40%、Mn：0.60%
‑
0.90%、P：≤0.035%、S：≤0.035%、Cr：0.70%
‑
1.00%、Mo：0.15%
‑
0.25%、Ni：1.20%
‑
1.50%、Al：0.02%
‑
0.05%、N：0.005%
‑
0.015%、V：≤0.10%、Nb：≤0.04%，余量由Fe和不可避免的杂质构成。2.根据权利要求1所述的行星齿轮轴专用材料，其特征在于，按质量百分比各组分的含量为：C：0.18%、Si：0.24%、Mn：0.84%、P：0.015%、S：0.009%、Cr：0.95%、Mo：0.17%、Ni：1.45%、Al：0.025%、N：0.008%、V：0.08%、Nb：0.03%。3.一种行星齿轮轴，其特征在于，利用权利要求1或2所述的行星齿轮轴专用材料制造，包括支撑轴(7)、设置于所述支撑轴(7)一端的滚齿(8)和设置于所述支撑轴(7)远离滚齿(8)一端的转轴(9)，所述支撑轴(7)、转轴(9)、滚齿(8)同轴且一体成型，所述转轴(9)的直径小于支撑轴(7)的直径，所述滚齿(8)的中部设置有沿中心轴线贯穿该滚齿(8)的轴孔(10)。4.根据权利要求3所述的行星齿轮轴专用材料，其特征在于，滚齿(8)的齿数为10，模数为3，压力角20
°
，螺旋角0
°
，中径30mm，齿根圆直径25.44mm，两齿齿厚（mm）14.91（+0.03/0）。5.一种行星齿轮轴热锻成型工艺，其特征在于，用于制造权利要求3所述的行星齿轮轴，包括以下步骤：步骤一：制备锻造棒料：通过铁基改性、锻打和等温正火三道工序制造锻造棒料，其中：铁基改性工序：在钢包炉外精炼期通过对铁基材料按材料配比添加钼丝、铬条、钒丝、铌丝，并搅拌均匀，对基材进行改性；锻打工序：将材料通过电炉或天然气炉加热至Ac3以下200摄氏度左右即820~850摄氏度，经模具热锻压，形成锻材；等温正火工序：将锻打工序形成的锻材进行等温正火处理，获得锻造棒料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张菊兴，
申请(专利权)人：苏州市豪致达精密机械有限公司，
类型：发明
国别省市：