專利名稱：焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種齒輪的工藝方案，尤其涉及一種大型焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒 輪的加工工藝。
背景技術(shù)：
大型齒輪箱，在保證大功率傳動需要的同時，為適應某些特殊場合的運用 還必須考慮其輕量化的需要，同時齒輪的輪齒要能耐磨、抗沖擊，需使用較好 的合金材料，為節(jié)約成本，大型齒輪一般都不是整體式結(jié)構(gòu)，往往將齒圈、輪 輻、輪轂各自單獨加工，然后采用焊接、烘裝或用緊固件將其連接成整體。由 于焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的齒圈徑向厚度尺寸可相應減薄，節(jié)約了較貴的合金 材料，而且減少了組合式齒輪中鉆鉸孔等繁雜工序，并無需使用大量的緊固件， 從而大大降低成本，因此焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪以其工藝流程簡單、生產(chǎn)周期 短、重量輕、成本低，而受到廣泛的運用。特別是重量受到限制的某些設(shè)備， 采用焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火硬齒面齒輪更能體現(xiàn)出它的優(yōu)越性，因而在現(xiàn)今的船舶、 冶金等行業(yè)中，焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪也被逐漸采用。
為了保證齒圈輪齒在大功率傳動時有足夠的強度，齒圈材料一般均采用低 碳、合金元素較多的合金結(jié)構(gòu)鋼并經(jīng)滲碳淬火處理。如果先將齒圈進行滲碳淬 火處理再與輪輻等件進行焊接，由于焊接前會對齒圈進行預熱并且在焊接過程 中會產(chǎn)生大量的熱量，當齒面溫度超過滲碳淬火齒輪的低溫回火溫度時，輪齒齒面硬度會降低從而影響其性能。而且，為了消除焊接應力，在焊后需要對焊 接組件進行熱時效處理，如果溫度過低就達不到去應力的效果，而溫度過高則 又會降低齒面的硬度，從而影響其性能。因此，目前國內(nèi)外所有焊接結(jié)構(gòu)的滲 碳淬火齒輪都采用先焊接后進行滲碳淬火的工藝，由于合金結(jié)構(gòu)鋼屬于可焊性 很差的材料，需要在焊接工序和熱處理工序采取一系列措施來保證焊縫質(zhì)量， 盡管如此，齒輪在經(jīng)過滲碳淬火工序之后，由于應力作用，焊縫很容易開裂， 因此，雖然焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪具有很多組裝結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪無可比擬的 優(yōu)勢，但由于目前沒有完全掌握其制造工藝技術(shù)，嚴重制約了其在各個行業(yè)的 推廣應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工 工藝，它既能保持滲碳淬火后齒輪齒面的硬度和性能，又能保證焊縫質(zhì)量，解 決焊接變形，焊縫開裂的問題。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明包括制作齒圈、輪轂的鍛件毛坯，以及劃線、 下料輻板，在備好各件的毛坯后，按如下步驟進行
(1) 、加工齒圈的內(nèi)、外圓和兩端面，加工輪轂、輻板，在輪轂的內(nèi)孔和兩 端面放留余量；
(2) 、齒圈齒形粗加工，放留精加工余量；
(3) 、齒圈滲碳淬火，淬火溫度為810°C 850°C，油冷，然后低溫回火， 回火溫度為200。C 220°C;(4) 、先將輻板和輪轂組焊成一體，然后在自動焊機的旋轉(zhuǎn)工作臺上將齒圈 與輻板組焊，在焊接前對齒圈進行預熱，在齒圈預熱和焊接時不停的回轉(zhuǎn)過程 中，通過冷卻裝置對齒部用冷卻液冷卻，使齒部的溫度在20(TC以下；
(5) 、對焊縫進行超聲波探傷；
(6) 、頻譜諧波振動去應力；
(7) 、精加工輪轂內(nèi)孔和兩端面，將齒輪與相配軸烘裝，控制齒部的溫度在 200° C以下，最后對齒圈齒形進行精加工。
上述步驟中的所述冷卻裝置包括水箱、輸送泵、過濾系統(tǒng)、輸送管道、外 圍罩和保護罩，所述輸送管道的末端設(shè)有朝向所述齒圈外圓的噴嘴，所述外圍 罩和保護罩為環(huán)狀，外圍罩向上延伸地設(shè)在自動焊機旋轉(zhuǎn)工作臺的邊緣，以圍 合、收納冷卻液，所述保護罩向上延伸地設(shè)在齒圈上端面，位于齒根以內(nèi)的齒 圈中部，以阻擋冷卻液濺到焊接部位；輸送泵將冷卻液從水箱中抽出并經(jīng)過濾
系統(tǒng)過濾由輸送管道送至旋轉(zhuǎn)工作臺，冷卻液從輸送管道末端所設(shè)的噴嘴中噴 出后噴淋到齒圈外圓的齒部。
上述步驟中，所述輸送管道末端所設(shè)的噴嘴為2 4個，使冷卻液能更加均
勻地噴出。
上述步驟中，所述齒圈齒形的粗加工為滾齒。
上述步驟中，所述齒圈的滲碳淬火，采用氣體滲碳法，滲碳劑為異丙醇，
滲碳溫度為91(TC 930°C。
上述步驟中，所述的頻譜諧波振動去應力采用振動消除應力專家系統(tǒng)進行。 上述步驟中，所述齒圈齒形的精加工為磨齒，精車或磨削輪轂內(nèi)孔和兩端面。上述步驟中，所述齒圈的材料為17CrNiMo6或20CrMnMo。
上述步驟中，還包括劃線、下料和機加工筋板，所述輻板為兩塊，筋板襯
在兩輻板之間，輻板與筋板、輪轂焊接后，在自動焊機的旋轉(zhuǎn)工作臺上將齒圈
與輻板進行組焊。
本發(fā)明先對齒圈進行滲碳淬火處理，再將齒圈、輻板和輪轂組焊，這就避 免了齒輪在滲碳淬火工序后，焊接部變形，焊縫開裂，保證了焊縫質(zhì)量；在焊 接工序采用冷卻裝置控制齒面溫度，就不會因齒面溫度超過齒圈的低溫回火溫 度而使輪齒齒面硬度降低，從而保持齒輪齒面的硬度及性能；在焊后采用振動 去應力工藝消除焊接應力，解決了因熱時效處理降低齒面的硬度，影響其性能 的問題。
本發(fā)明的有益效果是它既能保持滲碳淬火后齒輪齒面的硬度及其性能， 又能保證焊縫質(zhì)量，解決焊接部變形，焊縫開裂的問題。此外，采用振動去應 力工藝消除焊接應力，與熱時效去應力相比，既環(huán)保又能大大降低能耗，同時 增加了工件的抗變形能力，保持了工件尺寸，形狀精度的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)工作臺上迸行組焊時的工作示i圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明 實施例1:
一種焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，齒輪的模數(shù)為8，直徑為1200mm， 選用20CrMnMo作為齒圈材料(齒圈重量約為1000Kg)，選用20MnMo作為輪轂材 料，選用16Mn作為輻板、筋板材料，將齒圈、輪轂的鍛件毛坯制作好，并劃線、下料輻板、筋板，然后按如下步驟進行
(1) 、加工齒圈的內(nèi)、外圓和兩端面，加工輪轂、輻板和筋板，在輪轂的內(nèi) 孔和兩端面放留余量；
(2) 、對齒圈進行滾齒加工并留適當精加工余量；
(3) 、齒圈滲碳淬火，采用氣體滲碳法，異丙醇作為滲碳劑，滲碳溫度為930 °C，滲碳25h，滲碳層深度為0.8 1.2mm，將齒圈出爐后空冷至850。C進行淬 火，油冷，然后低溫回火，回火溫度為220'C，保溫時間8h，齒圈齒面硬度為 服C61;
(4) 、先將輻板、筋板和輪轂組焊成一體，然后在自動焊機的旋轉(zhuǎn)工作臺上 將齒圈與輻板組焊，在焊接前對齒圈進行預熱，在齒圈預熱和焊接時不停的回 轉(zhuǎn)過程中，通過冷卻裝置對齒部用冷卻液冷卻，使齒部的溫度始終保持在200 。C以下；
該冷卻裝置包括水箱、輸送泵、過濾系統(tǒng)、輸送管道、外圍罩和保護罩， 如圖1所示，輻板2、輪轂3以及兩輻板2間的筋板4已組焊成一體，齒圈1套 在輪轂3外圓上并裝夾固定在自動焊機的旋轉(zhuǎn)工作臺5上，在旋轉(zhuǎn)工作臺5的 邊緣向上延伸地設(shè)有冷卻裝置的環(huán)狀外圍罩6，以回收冷卻液，在齒圈l上端面 上位于齒根以內(nèi)的齒圈中部，向上延伸地設(shè)有環(huán)狀保護罩7，以阻擋冷卻液濺到 焊接部位，冷卻裝置的輸送管道8的末端設(shè)有三個朝向所述齒圈1外圓的噴嘴9， 輸送泵將冷卻液從水箱中抽出并經(jīng)過濾系統(tǒng)過濾由輸送管道8送至旋轉(zhuǎn)工作臺 5，冷卻液從輸送管道8末端所設(shè)的噴嘴9中噴出后噴淋到齒圈1外圓的齒部， 從圖中可看到焊機正在進行齒圈和輻板的焊接，本實施例采用埋弧自動焊，送 絲機構(gòu)10正在將焊絲送往齒圈焊接部的焊縫處，由于齒圈l是合金結(jié)構(gòu)鋼，輻板2為低碳鋼，兩者直接焊接時焊接性較差，因此要先在齒圈1的內(nèi)輪緣上堆 焊與輻板2材料性能接近的熔敷金屬作為過渡層，以便把性能相差較大的異種 鋼焊接，改變?yōu)樾阅茌^為接近的兩種材料焊接.從而消除了焊接應力；
(5) 、用超聲波探傷儀對焊縫進行超聲波探傷，若檢驗合格繼續(xù)進行以下工
序；
(6) 、釆用振動消除應力專家系統(tǒng)對齒輪進行頻譜諧波振動去應力，先由北 京翔博科技有限責任公司生產(chǎn)的該設(shè)備對零件進行頻譜分析，優(yōu)選出對消除工 件殘余應力效果最佳的諧波頻率，然后將激振器剛性夾持在齒輪的適當位置， 調(diào)節(jié)激振頻率和激振力，待零件振動20分鐘后，振動消除應力工序結(jié)束；
(7) 、磨削輪轂內(nèi)孔，精車輪轂兩端面，將齒輪與相配軸烘裝，控制齒部的 溫度在20(T C以下，最后對齒圈齒形進行磨齒加工。
實施例2:
一種焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，齒輪的模數(shù)為20，直徑為2000mm， 選用17CrNiMo6作為齒圈材料(齒圈重量約為2500Kg)，選用20MnMo作為輪轂材 料，選用Q235作為輻板、筋板材料，將齒圈、輪轂的鍛件毛坯制作好，并劃線、 下料輻板、筋板，然后按如下步驟進行
(1) 、加工齒圈的內(nèi)、外圓和兩端面，加工輪轂、輻板和筋板，在輪轂的內(nèi) 孔和兩端面放留余量；
(2) 、對齒圈進行滾齒加工并留適當精加工余量；
(3) 、齒圈滲碳淬火，采用氣體滲碳法，異丙醇作為滲碳劑，滲碳溫度為910 。C，滲碳80h，滲碳層深度為2. 5 2. 8 mm,將齒圈出爐后空冷至81(TC進行淬 火，油淬，然后低溫回火，回火溫度為2Q(TC，保溫時間10 h，得到的齒圈齒面硬度為HRC59;
(4) 、先將輻板、筋板和輪轂組焊成一體，然后在自動焊機的旋轉(zhuǎn)工作臺上 將齒圈與輻板組焊，在焊接前對齒圈進行預熱，在齒圈預熱和焯接時不停的回 轉(zhuǎn)過程中，通過冷卻裝置對齒部用冷卻液冷卻，使齒部的溫度始終保持在200 x:以下，該冷卻裝置與實施例l相同；
(5) 、用超聲波控傷儀對焊縫進行超聲波探傷，若檢驗合格繼續(xù)進行以下工
序；
(6) 、對齒輪進行頻譜諧波振動去應力，使用與實施例1相同的設(shè)備進行， 待零件振動30分鐘后，振動消除應力工序結(jié)束；
(7) 、磨削輪轂內(nèi)孔，精車輪轂兩端面，將齒輪與相配軸烘裝，控制齒部的 溫度在200° C以下，最后對齒圈齒形進行磨齒加工。
實施例3:
本實施例與實施例1所要加工的齒輪、采用的材料、設(shè)備相同，加工步驟 基本相同，所不同的是，在齒圈滲碳淬火時，滲碳溫度為92(TC，滲碳25h，滲 碳層深度為0.8 lmm，將齒圈出爐后空冷至83(TC進行淬火，油冷，然后低溫 回火，回火溫度為21(TC，保溫時間8h,得到的齒圈齒面硬度為HRC62。
權(quán)利要求
1、一種焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，包括制作齒圈、輪轂的鍛件毛坯，以及劃線、下料輻板，其特征在于，備好各件的毛坯后，按如下步驟進行(1)、加工齒圈的內(nèi)、外圓和兩端面，加工輪轂、輻板，在輪轂的內(nèi)孔和兩端面放留余量；(2)、齒圈齒形粗加工，放留精加工余量；(3)、齒圈滲碳淬火，淬火溫度為810℃～850℃，油冷，然后低溫回火，回火溫度為200℃～220℃；(4)、先將輻板和輪轂組焊成一體，然后在自動焊機的旋轉(zhuǎn)工作臺上將齒圈與輻板組焊，在焊接前對齒圈進行預熱，在齒圈預熱和焊接時不停的回轉(zhuǎn)過程中，通過冷卻裝置對齒部用冷卻液冷卻，使齒部的溫度在200℃以下；(5)、對焊縫進行超聲波探傷；(6)、頻譜諧波振動去應力；(7)、精加工輪轂內(nèi)孔和兩端面，將齒輪與相配軸烘裝，控制齒部的溫度在200℃以下，最后對齒圈齒形進行精加工。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，其特征在于 所述冷卻裝置包括水箱、輸送泵、過濾系統(tǒng)、輸送管道、外圍罩和保護罩，所 述輸送管道的末端設(shè)有朝向所述齒圈外圓的噴嘴，所述外圍罩和保護罩為環(huán)狀， 外圍罩向上延伸地設(shè)在自動焊機旋轉(zhuǎn)工作臺的邊緣，以圍合、收納冷卻液，所 述保護罩向上延伸地設(shè)在齒圈上端面，位于齒根以內(nèi)的齒圈中部，以阻擋冷卻 液濺到焊接部位；輸送泵將冷卻液從水箱中抽出并經(jīng)過濾系統(tǒng)過濾由輸送管道送至旋轉(zhuǎn)工作臺，冷卻液從輸送管道末端所設(shè)的噴嘴中噴出后噴淋到齒圈外圓 的齒部。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，其特征在于 所述輸送管道末端所設(shè)的噴嘴為2 4個。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，其特征在于 所述齒圈齒形的粗加工為滾齒；
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，其特征在于所述齒圈的滲碳淬火，采用氣體滲碳法，滲碳劑為異丙醇，滲碳溫度為91(TC 930 。C。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，其特征在于所述頻譜諧波振動去應力，采用振動消除應力專家系統(tǒng)進行。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，其特征在于所述齒圈齒形的精加工為磨齒，精車或磨削輪轂內(nèi)孔和兩端面。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的任一種焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝， 其特征在于所述齒圈的材料為17CrNiMo6或20CrMnMo。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的任一種焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，其特 征在于還包括劃線、下料和機加工筋板，所述輻板為兩塊，筋板襯在兩輻板 之間，輻板與筋板、輪轂焊接后，在自動焊機的旋轉(zhuǎn)工作臺上將齒圈與輻板進 行組焊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種焊接結(jié)構(gòu)滲碳淬火齒輪的加工工藝，按如下步驟進行加工齒圈的內(nèi)、外圓和兩端面，加工輪轂、輻板，在輪轂的內(nèi)孔和兩端面放留余量；齒圈齒形粗加工，放留余量；齒圈滲碳淬火，油冷，然后低溫回火；組焊輻板和輪轂，然后在自動焊機的旋轉(zhuǎn)工作臺上將齒圈和輻板組焊，在焊接前對齒圈進行預熱，在齒圈預熱和焊接時不停的回轉(zhuǎn)過程中，通過冷卻裝置對齒部用冷卻液冷卻，使齒部的溫度在200℃以下；對焊縫進行超聲波探傷；頻譜諧波振動去應力；精加工工序。本發(fā)明既能保持滲碳淬火后齒輪齒面的硬度及其性能，又能保證焊縫質(zhì)量，解決焊縫開裂的問題，此外，采用振動去應力工藝消除焊接應力，既環(huán)保又能大大降低能耗。
文檔編號C21D9/32GK101407017SQ20081023308
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者曹殿愛, 楊有生, 靖 陽, 陳光清 申請人:重慶齒輪箱有限責任公司