一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮及加工工艺
阅读说明：本技术 一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮及加工工艺 (One-time formed porous eccentric step spiral gear and machining process ) 是由 尤天兵 李军 戴德标 谈尚文 赵友宝 李玉 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮及加工工艺,涉及齿轮加工技术领域。包括轮毂,轮毂由偏心设置的大轮和小轮一体成型,且小轮位于大轮的一侧端面上凸出设置,大轮的外圆周面上设置有轮齿,大轮的两侧端面对称设置有与大轮同心的环形凹槽,小轮位于环形凹槽内设置,且环形凹槽内设置有仅贯穿大轮的销孔,销孔内插接有销轴,大轮的中心设置有贯穿大轮和小轮的通孔,且小轮上的端面上设置有与通孔偏心的环形凸台。通过成型压制、烧结、粗车、滚齿、剃齿、热处理、压PIN、精车、振研、清洗、包装等步骤制得成品齿轮。本发明克服了现有技术的不足,将齿轮一次成型,并通过多种加工工艺提高齿轮的产品性能和品质。(The invention discloses a one-time forming porous eccentric step spiral gear and a processing technology thereof, relating to the technical field of gear processing. The novel wheel hub comprises a wheel hub body, wherein the wheel hub body is formed by integrally forming a large wheel and a small wheel which are arranged eccentrically, the small wheel is arranged on one side end face of the large wheel in a protruding mode, wheel teeth are arranged on the outer circumferential face of the large wheel, annular grooves which are concentric with the large wheel are symmetrically formed in the two side end faces of the large wheel, the small wheel is arranged in the annular grooves, pin holes which only penetrate through the large wheel are formed in the annular grooves, pin shafts are connected in the pin holes in an inserting mode, through holes which penetrate through the large wheel and the small wheel are formed in the center of the large wheel, and annular bosses which are eccentric with the through holes are formed in the end face of the small wheel. The finished gear is prepared by the steps of molding pressing, sintering, rough turning, gear hobbing, gear shaving, heat treatment, PIN pressing, fine turning, vibration grinding, cleaning, packaging and the like. The invention overcomes the defects of the prior art, the gear is molded at one time, and the product performance and the quality of the gear are improved through various processing techniques.)
技术领域
本发明涉及齿轮加工
技术领域
，具体涉及一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮及加工工艺。背景技术
齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件。齿轮通过与其它齿状机械零件（如另一齿轮、齿条、蜗杆）传动，可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能。由于传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点，齿轮机构在工业产品中广泛应用，其设计与制造水平直接影响到工业产品的质量。齿轮轮齿相互扣住齿轮会带动另一个齿轮转动来传送动力。将两个齿轮分开，也可以应用链条、履带、皮带来带动两边的齿轮而传送动力。
齿轮的整个加工工艺烦琐复杂，目前，市场上针对多孔偏心台阶螺旋齿轮的加工大都不是一次成型，一般会将产品做成分体式，然后通过烧结焊的方式变成一个整体，比较繁琐，成本较高，且现有技术中，粉末冶金获得的齿轮产品性能和品质一般，表面硬度偏低，在后续磨削加工过程中易产生裂纹，影响其使用寿命。为此，我们提出了一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮及加工工艺。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术加工繁琐且获得的齿轮产品性能和品质一般的不足，本发明提供了一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮及加工工艺。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮，包括轮毂，所述轮毂由偏心设置的大轮和小轮一体成型，且小轮位于大轮的一侧端面上凸出设置，所述大轮的外圆周面上设置有轮齿，所述大轮的两侧端面对称设置有与大轮同心的环形凹槽，所述小轮位于环形凹槽内设置，且环形凹槽内设置有仅贯穿大轮的销孔，所述销孔内插接有销轴，所述大轮的中心设置有贯穿所述大轮和所述小轮的通孔，且小轮上的端面上设置有与通孔偏心的环形凸台。
优选的技术方案，所述轮毂的径节为28，所述轮毂的齿数为46，所述轮毂的压力角为20°，所述轮毂的螺旋角为右旋23°，所述轮毂的齿顶圆直径为47.10-47.25mm,所述轮毂的齿根圆直径为43.13-43.27mm，所述轮毂的跨PIN径为48.786-48.904mm，所述轮毂的PIN径为2mm，所述轮毂的精度等级为DIN9。
进一步优选的技术方案，所述大轮包括相互垂直的水平轴心线和竖直轴心线，所述通孔的圆心与所述环形凸台的圆心连线的延长线与大轮的水平轴心线之间的偏心夹角为45°。
进一步优选的技术方案，所述小轮和销孔均位于大轮的竖直轴心线上设置，且小轮和销孔间隔设置。
优选的技术方案，一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮加工工艺，包括以下步骤：
S1、成型压制：将定量的混合好的原材料粉末送入压机中，经模具压制后，一次成型得到压坯；
S2、烧结：将成型后的压坯放置在高温网带炉中烧结，通入适量的氮气和氢气，待烧结完成快速冷却至常温，得烧结件；
S3、粗车：采用数控车床对烧结件进行粗车，包括对大轮和小轮的轮廓面进行车加工，将销孔和通孔钻至精加工尺寸，车环形凹槽和环形凸台，得粗车件；
S4、滚齿：采用数控滚齿机对粗车件进行滚轮齿，得第一齿轮；
S5、剃齿：采用数控剃齿机对第一齿轮的轮齿齿面进行剃齿加工，得第二齿轮；
S6、热处理：对第二齿轮进行进行渗碳淬火处理，得第三齿轮；
S7、压PIN：采用压PIN机向第二齿轮的销孔内植入销轴，得第四齿轮；
S8、精车：采用数控车床对第三齿轮的通孔进行精车，得第五齿轮；
S9、振研、清洗：采用振研机对第五齿轮进行振动研磨，振动20-40min，去除零件表面的毛刺、毛边、飞边等，振研结束后清洗得到成品齿轮；
S10、包装：对成品齿轮进行检测包装入库。
进一步优选的技术方案，所述步骤S1中模具压制时压强为200-300Mpa。
进一步优选的技术方案，所述步骤S2中的烧结过程分为四个阶段，第一阶段为脱脂阶段：保持炉温为600-650℃，保温10-20min；第二阶段为预热阶段：先保持炉温为700-750℃，保温10-20min，再保持炉温为800-850℃，保温10-20min；第三阶段为保温阶段：保持炉温为1100-1200℃，保温30-40min；第四阶段均温阶段，保持炉温为950-1000℃，保温时间10-20min。
进一步优选的技术方案，所述步骤S2中的高温网带采用不锈钢304材质。
进一步优选的技术方案，所述步骤S6中的热处理过程分为四个阶段，第一阶段为预热处理：先保持炉温为400-500℃，保温30-40min，然后保持炉温为600-700℃，保温50-60min；第二阶段为渗碳处理：先炉温为900-1000℃，保温60-70min，然后保持炉温为1000-1200℃，保温80-90min，然后随炉冷却至850-900℃进行球化退火60-120min，然后空冷至室温；第三阶段为淬火处理：保持炉温为900-950℃，保温50-60min后，然后放入100-120℃的淬火油中冷却20-30min，取出后空冷至室温；第四阶段为回火处理：保持炉温为200-250℃，保温40-60min，空冷至室温。
（三）有益效果
本发明实施例提供了一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮及加工工艺。具备以下有益效果：
1、本发明的齿轮一次成型，降低了生产成本，再将成型后的压坯放置在高温网带炉中烧结，通过将烧结过程分为脱脂阶段、预热阶段、保温阶段和均温阶段，并对温度和时间进行优化，使零件可以更好的在炉内进行稳定的燃烧，提高齿轮的性能。
2、本发明将热处理过程分为预热处理、渗碳处理、淬火处理和回火处理四个阶段，并对温度和时间进行优化，强化了齿轮的力学性能，提高了齿轮的机械强度和表面硬度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
图1为本发明的正视结构示意图；
图2为本发明的侧剖结构示意图。
图中：1轮毂、2大轮、3小轮、4轮齿、5环形凹槽、6销孔、7销轴、8通孔、9环形凸台、10水平轴心线、11垂直轴心线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮，包括轮毂1，所述轮毂1由偏心设置的大轮2和小轮3一体成型，且小轮3位于大轮2的一侧端面上凸出设置，所述大轮2的外圆周面上设置有轮齿4，所述大轮2的两侧端面对称设置有与大轮2同心的环形凹槽5，所述小轮3位于环形凹槽5内设置，且环形凹槽5内设置有仅贯穿大轮2的销孔6，所述销孔6内插接有销轴7，所述大轮2的中心设置有贯穿所述大轮2和所述小轮3的通孔8，且小轮3上的端面上设置有与通孔8偏心的环形凸台9。
为了便于对齿轮进行精确加工，所述轮毂1的径节为28，所述轮毂1的齿数为46，所述轮毂1的压力角为20°，所述轮毂1的螺旋角为右旋23°，所述轮毂1的齿顶圆直径为47.10-47.25mm,所述轮毂1的齿根圆直径为43.13-43.27mm，所述轮毂1的跨PIN径为48.786-48.904mm，所述轮毂1的PIN径为2mm，所述轮毂1的精度等级为DIN9。
为了使环形凸台9与通孔8偏心设置，所述大轮2包括相互垂直的水平轴心线10和竖直轴心线11，所述通孔8的圆心与所述环形凸台9的圆心连线的延长线与大轮2的水平轴心线10之间的偏心夹角为45°。
为了便于对齿轮进行加工，所述小轮3和销孔6均位于大轮2的竖直轴心线11上设置，且小轮3和销孔6间隔设置。
实施例2
一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮加工工艺，包括以下步骤：
S1、成型压制：将定量的混合好的原材料粉末送入压机中，经模具压制后，一次成型得到压坯，其中模具压制时压强为200Mpa；
S2、烧结：将成型后的压坯放置在高温网带炉中烧结，通入适量的氮气和氢气，待烧结完成快速冷却至常温，得烧结件，其中烧结过程分为四个阶段，第一阶段为脱脂阶段：保持炉温为600℃，保温10min；第二阶段为预热阶段：先保持炉温为700℃，保温10min，再保持炉温为800℃，保温10min；第三阶段为保温阶段：保持炉温为1100℃，保温30min；第四阶段均温阶段，保持炉温为950℃，保温时间10min，高温网带采用不锈钢304材质；
S3、粗车：采用数控车床对烧结件进行粗车，包括对大轮2和小轮3的轮廓面进行车加工，将销孔6和通孔8钻至精加工尺寸，车环形凹槽5和环形凸台9，得粗车件；
S4、滚齿：采用数控滚齿机对粗车件进行滚轮齿4，得第一齿轮；
S5、剃齿：采用数控剃齿机对第一齿轮的轮齿4齿面进行剃齿加工，得第二齿轮；
S6、热处理：对第二齿轮进行进行渗碳淬火处理，得第三齿轮，其中热处理过程分为四个阶段，第一阶段为预热处理：先保持炉温为400℃，保温30min，然后保持炉温为600℃，保温50min；第二阶段为渗碳处理：先炉温为900℃，保温60min，然后保持炉温为1000℃，保温80min，然后随炉冷却至850℃进行球化退火60min，然后空冷至室温；第三阶段为淬火处理：保持炉温为900℃，保温50min后，然后放入100℃的淬火油中冷却20min，取出后空冷至室温；第四阶段为回火处理：保持炉温为200℃，保温40min，空冷至室温；
S7、压PIN：采用压PIN机向第二齿轮的销孔6内植入销轴7，得第四齿轮；
S8、精车：采用数控车床对第三齿轮的通孔8进行精车，得第五齿轮；
S9、振研、清洗：采用振研机对第五齿轮进行振动研磨，振动20-40min，去除零件表面的毛刺、毛边、飞边等，振研结束后清洗得到成品齿轮；
S10、包装：对成品齿轮进行检测包装入库。
实施例3
一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮加工工艺，包括以下步骤：
S1、成型压制：将定量的混合好的原材料粉末送入压机中，经模具压制后，一次成型得到压坯，其中模具压制时压强为300Mpa；
S2、烧结：将成型后的压坯放置在高温网带炉中烧结，通入适量的氮气和氢气，待烧结完成快速冷却至常温，得烧结件，其中烧结过程分为四个阶段，第一阶段为脱脂阶段：保持炉温为650℃，保温20min；第二阶段为预热阶段：先保持炉温为750℃，保温20min，再保持炉温为850℃，保温20min；第三阶段为保温阶段：保持炉温为1200℃，保温40min；第四阶段均温阶段，保持炉温为1000℃，保温时间20min；
S3、粗车：采用数控车床对烧结件进行粗车，包括对大轮2和小轮3的轮廓面进行车加工，将销孔6和通孔8钻至精加工尺寸，车环形凹槽5和环形凸台9，得粗车件；
S4、滚齿：采用数控滚齿机对粗车件进行滚轮齿4，得第一齿轮；
S5、剃齿：采用数控剃齿机对第一齿轮的轮齿4齿面进行剃齿加工，得第二齿轮；
S6、热处理：对第二齿轮进行进行渗碳淬火处理，得第三齿轮，其中热处理过程分为四个阶段，第一阶段为预热处理：先保持炉温为500℃，保温40min，然后保持炉温为700℃，保温60min；第二阶段为渗碳处理：先炉温为1000℃，保温70min，然后保持炉温为1200℃，保温90min，然后随炉冷却至900℃进行球化退火120min，然后空冷至室温；第三阶段为淬火处理：保持炉温为950℃，保温60min后，然后放入120℃的淬火油中冷却30min，取出后空冷至室温；第四阶段为回火处理：保持炉温为250℃，保温60min，空冷至室温；
S7、压PIN：采用压PIN机向第二齿轮的销孔6内植入销轴7，得第四齿轮；
S8、精车：采用数控车床对第三齿轮的通孔8进行精车，得第五齿轮；
S9、振研、清洗：采用振研机对第五齿轮进行振动研磨，振动20-40min，去除零件表面的毛刺、毛边、飞边等，振研结束后清洗得到成品齿轮；
S10、包装：对成品齿轮进行检测包装入库。
实施例4
一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮加工工艺，包括以下步骤：
S1、成型压制：将定量的混合好的原材料粉末送入压机中，经模具压制后，一次成型得到压坯，其中模具压制时压强为250Mpa；
S2、烧结：将成型后的压坯放置在高温网带炉中烧结，通入适量的氮气和氢气，待烧结完成快速冷却至常温，得烧结件，其中烧结过程分为四个阶段，第一阶段为脱脂阶段：保持炉温为625℃，保温15min；第二阶段为预热阶段：先保持炉温为725℃，保温15min，再保持炉温为825℃，保温15min；第三阶段为保温阶段：保持炉温为1150℃，保温35min；第四阶段均温阶段，保持炉温为975℃，保温时间15min；
S3、粗车：采用数控车床对烧结件进行粗车，包括对大轮2和小轮3的轮廓面进行车加工，将销孔6和通孔8钻至精加工尺寸，车环形凹槽5和环形凸台9，得粗车件；
S4、滚齿：采用数控滚齿机对粗车件进行滚轮齿4，得第一齿轮；
S5、剃齿：采用数控剃齿机对第一齿轮的轮齿4齿面进行剃齿加工，得第二齿轮；
S6、热处理：对第二齿轮进行进行渗碳淬火处理，得第三齿轮，其中热处理过程分为四个阶段，第一阶段为预热处理：先保持炉温为450℃，保温35min，然后保持炉温为650℃，保温55min；第二阶段为渗碳处理：先炉温为950℃，保温65min，然后保持炉温为1100℃，保温85min，然后随炉冷却至875℃进行球化退火90min，然后空冷至室温；第三阶段为淬火处理：保持炉温为925℃，保温55min后，然后放入110℃的淬火油中冷却25min，取出后空冷至室温；第四阶段为回火处理：保持炉温为225℃，保温50min，空冷至室温；
S7、压PIN：采用压PIN机向第二齿轮的销孔6内植入销轴7，得第四齿轮；
S8、精车：采用数控车床对第三齿轮的通孔8进行精车，得第五齿轮；
S9、振研、清洗：采用振研机对第五齿轮进行振动研磨，振动20-40min，去除零件表面的毛刺、毛边、飞边等，振研结束后清洗得到成品齿轮；
S10、包装：对成品齿轮进行检测包装入库。
对比例1
一种一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮加工工艺，包括以下步骤：
S1、成型压制：将定量的混合好的原材料粉末送入压机中，经模具压制后，一次成型得到压坯，其中模具压制时压强为250Mpa；
S2、烧结：将成型后的压坯放置在高温网带炉中烧结，通入适量的氮气和氢气，待烧结完成快速冷却至常温，得烧结件，其中烧结过程炉温为1150℃，保温90min；
S3、粗车：采用数控车床对烧结件进行粗车，包括对大轮2和小轮3的轮廓面进行车加工，将销孔6和通孔8钻至精加工尺寸，车环形凹槽5和环形凸台9，得粗车件；
S4、滚齿：采用数控滚齿机对粗车件进行滚轮齿4，得第一齿轮；
S5、剃齿：采用数控剃齿机对第一齿轮的轮齿4齿面进行剃齿加工，得第二齿轮；
S6、热处理：对第二齿轮进行进行渗碳淬火处理，得第三齿轮，其中热处理炉温为1100℃，保温90min；
S7、压PIN：采用压PIN机向第二齿轮的销孔6内植入销轴7，得第四齿轮；
S8、精车：采用数控车床对第三齿轮的通孔8进行精车，得第五齿轮；
S9、振研、清洗：采用振研机对第五齿轮进行振动研磨，振动20-40min，去除零件表面的毛刺、毛边、飞边等，振研结束后清洗得到成品齿轮；
S10、包装：对成品齿轮进行检测包装入库。
检测
根据德国标准DIN50150，对实施例2-4和对比例1中的齿轮硬度和抗拉强度进行检测，结果如下表所示：
组别
实施例1
实施例2
实施例3
对比例1
硬度（HRC）
59.5
60
62
45.8
抗拉强度（N/mm<sup>2</sup>）
2280
2255
2350
1850
由上表可知，本发明制得的一次性成形多孔偏心台阶螺旋齿轮的硬度和抗拉强度得到显著提高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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