一種高強度的納米材料齒輪制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種齒輪成形領域，尤其是涉及一種高強度納米材料齒輪制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，大部分的直齒圓柱齒輪的生產大多采用傳統的切削加工方法，但它具有很多缺陷，如:材料利用率低，成本高，加工效率低。隨著機械工業的發展和國際競爭的激化，對齒輪廣品的性能的提尚和加工成本的降低提出了更尚的要求，尤其加工效率的提尚。因此齒輪的擠壓和鍛造成形技術得到了重視和發展。此類加工方法由原來傳統工藝加工方法40%的材料利用率提高到70%以上，而且齒輪強度也提高20%，并且加工效率提高大約40%，但此類加工方法均采用單件生產加工方法，其加工效率有待進一步的提升。同時隨著我國高端裝備制造業的發展，尤其開發具有高強度、高耐磨、高壽命的機密機床及機器人精密減速器用齒輪十分必要，目前齒輪壽命低直接影響了高端裝備制造業的快速發展。
[0003]申請號為20的發明提出了在臥式擠壓機上連續擠壓成形空心長條狀直齒圓柱齒輪管，然后采用線切割的方法將連續擠壓成形件切割成齒輪成品件，該發明生廣效率$父尚，而且可以提尚齒輪的力學性能和加工性能，但是開發尚品質的具有尚強度、高耐磨、高壽命的機密機床及機器人精密減速器用齒輪有更潛在的使用價值與發展前景。為克服薄壁齒輪的強度問題、獲得使用壽命較長的齒輪，提供一種S型通道模具拉拔法，制備高強度納米材料齒輪。因此，本發明提出了一種改善齒輪力學性能和使用壽命的S型通道模具拉拔法獲得納米材料齒輪，采用的拉拔材料是40Cr合金鋼。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是:為克服薄壁齒輪的強度問題、提高齒輪的使用壽命，提供一種通過S型通道模具拉拔法，制備高強度40Cr納米材料齒輪。
[0005]本發明提出的一種S型通道模具拉拔法制備40Cr納米材料齒輪的方法包括以下步驟:
步驟一，棒料準備:將即將拉拔的棒料分為二部分，第一部分是棒料拉拔端部分:該部分在端口部設置鋼繩卡頭；第二部分是棒料主要拉拔部分:該部分將獲得大應變，組織達到納米化，最終獲得高的強度、硬度和耐磨性。
[0006]步驟二，拉拔準備:將棒料進行磷化皂化后、在棒料外表面涂覆二硫化鉬與石蠟混合物，把準備好的棒料的第一部分的鋼繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲拉繩連接，然后在鋼絲繩牽引下把棒料放入S型通道模具。
[0007]步驟三，拉拔變形:拉拔裝置以5mm/s-20mm/s的牽引速度將棒料通過S型通道模具拉拔，拉拔后重復上一次的拉拔變形一次，通過兩次拉拔可以累積足夠的應變，從而獲得高強度納米材料齒輪。
[0008]步驟四，獲得40Cr納米材料齒輪:獲得較長尺寸的納米材料齒輪棒，然后線切割最終成形齒輪成品件，該工序可以實現更高的齒輪加工效率。
[0009]本發明實現齒輪拉拔變形的S型通道模具，包括S型通道凹模、第一次預應力壓套、第二次預應力壓套，及相應的附屬部件鋼繩卡頭和鋼繩。
[0010]本發明的有益效果是:采用此種方案，通過S型通道模具拉拔兩次變形方法拉拔齒輪，40Cr齒輪棒在拉拔過程中橫截面的形狀及尺寸不改變，該方法可以實現齒輪的微觀組織納米化，從而獲得性能優良的高強度納米材料齒輪。在S型通道模具基礎上實現了齒輪的連續拉拔變形，既實現了 40Cr齒輪棒金屬的納米化，又減輕了操縱工人的勞動強度，拓寬了薄壁齒輪的應用范圍。
[0011]【附圖說明】:
下面是結合附圖和實施例對本發明的具體實施方案進行詳細地說明。
[0012]圖1為本發明S型通道模具拉拔工藝裝置圖；
圖2 40Cr納米薄壁齒輪加工過程示意圖；
圖3獲得的40Cr齒輪拉拔棒試樣透射電鏡微觀照片；
圖4為40Cr齒輪拉拔棒試樣的應力-應變曲線。
[0013]上述圖中的標記為:
圖1為本發明s型通道模具拉拔工藝裝置圖的1.S型通道凹模，2.擠壓件棒料，3.第一層凹模預應力套圈，4.第二層凹模預應力套圈，5.卡頭，6.鋼絲繩，7.預應力模具底座。
【具體實施方式】
[0014]實施例1、一種高強度的納米材料齒輪制備方法
將即將拉拔的棒料分為二部分，第一部分是棒料拉拔端部分:該部分在端口部設置鋼繩卡頭；
將即將拉拔的棒料在端口部設置鋼繩卡頭；將棒料進行磷化皂化后、在棒料外表面涂覆二硫化鉬與石蠟混合物，把準備好的棒料的第一部分的鋼繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲拉繩連接，然后在鋼絲繩牽引下把棒料放入S型通道模具。拉拔裝置以7mm/s的牽引速度將棒料通過S型通道模具拉拔，拉拔后再重復上一次的拉拔變形一次，累積足夠應變使材料晶粒納米化，然后將獲得高強度、高硬度納米材料齒輪棒，同時也相應對齒輪進行了去應力退火工藝，然后線切割最終成形齒輪成品件，獲得力學性能優良的高強度、高硬度和高耐磨的納米材料齒輪。
[0015]從圖3所示的納米材料40Cr拉拔齒輪棒試樣透射電鏡微觀照片可以看出齒輪的平均晶粒組織是小于600nm的納米材料。從圖4所示的納米材料拉拔棒料試樣拉伸應力-應變曲線，可以看出，強度較傳統試樣提高88.5%，根據Hall-Pech公式可知，材料的晶粒尺寸越小，其外在宏觀力學性能越高。
[0016]可知，納米材料40Cr拉拔齒輪棒試樣的平均晶粒組織是小于600nm的納米材料，其強度較傳統試樣提高88.5%，
本發明提供的一種高強度納米材料齒輪可采用簡單的線材拉拔加工設備，獲得的材料有高的硬度和強度，同時保持較好的硬度和耐磨性。因此，本發明材料具有潛在的應用價值，特別在高端機床、工業機器人減速器等領域方面具有很好的優勢。
[0017]本發明所采用的凹模S型通道結構，均可采用現有技術，本發明并不局限于上述所列舉的具體實施形式，凡本領域技術人員不經過創造性勞動所能得到的改進，均屬于本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種高強度的納米材料齒輪制備方法，可以低成本制備高強度、高硬度和高耐磨性的薄壁直齒輪，其特征是:通過采用S型通道模具拉拔棒料后再進行第二道次拉拔，可實現齒輪棒的反復塑性變形，最終累積大變形，即實現齒輪的微觀組織納米化，又獲得高強度納米材料40Cr齒輪棒。2.根據權利要求1所述的一種高強度的納米材料齒輪制備方法，其特征是:把準備好的棒料的第一部分的鋼繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲拉繩連接，然后在鋼絲繩牽引下把棒料放入S型通道模具，拉拔裝置以7mm/s的牽引速度將棒料通過S型通道模具拉拔，拉拔后再重復上一次的拉拔變形一次，累積足夠應變使齒輪棒材料晶粒納米化，然后線切割最終成形齒輪成品件，獲得力學性能優良的高強度、高硬度和高耐磨的納米材料40Cr齒輪。3.根據權利要求1所述的一種高強度的納米材料齒輪制備方法，其特征是:高強度納米材料40Cr齒輪的內部微觀組織均勻，晶粒尺寸小于600納米，獲得的高強度納米材料齒輪的強度和硬度高。
【專利摘要】本發明公開了一種制備高強度納米材料齒輪的制備新方法，本發明的特點是改善齒輪力學性能和使用壽命的S型通道模具拉拔法獲得納米材料齒輪。通過S型通道模具拉拔兩次變形方法拉拔齒輪，齒輪棒在拉拔過程中橫截面的形狀及尺寸不改變，該方法可以實現齒輪的微觀組織納米化，從而獲得性能優良的高強度納米材料齒輪。在S型通道模具基礎上實現了齒輪的連續拉拔變形，既實現了齒輪棒金屬的納米化，又減輕了操縱工人的勞動強度，拓寬了薄壁齒輪的應用范圍。本發明提供的一種高強度納米材料齒輪可采用簡單的線材拉拔加工設備，獲得的材料有高的硬度和強度，同時保持較好的硬度和耐磨性。因此，本發明材料具有潛在的應用價值，特別在高端機床、工業機器人減速器等領域方面具有很好的優勢。
【IPC分類】B21C1/16, B21C9/00, B21C3/04
【公開號】CN105234197
【申請號】CN201510525831
【發明人】徐淑波, 李振東, 張曉東
【申請人】山東建筑大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月25日