通過鍛造來制造帶有齒型的棘輪的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制造帶有齒型的棘輪（ratchet gear)的方法，該棘輪尤其可用于 摩托車。其中，該棘輪的整個結(jié)構(gòu)特征連同其齒型（teeth pattern)是在或者是水平熱鍛 (鐓粗（Upsetting)和成形）或者是可選的堅向溫鍛操作的鍛造操作過程期間實現(xiàn)的。通過 鍛造后的錠塊（forged ingot)僅在鍛造階段就實現(xiàn)了其所有的結(jié)構(gòu)特征，然后它更進(jìn)一步 地經(jīng)受一系列可選的輔助操作，以有助于使這些結(jié)構(gòu)特征強化和使表面圖案平滑，包括所 述棘輪部件的齒型的平滑。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，棘輪是一種專用的、優(yōu)選用于僅沿一個方向轉(zhuǎn)動的類型的齒輪。大多數(shù)棘輪 具有這種類型的齒：其在一側(cè)為弧形，而在另一側(cè)平坦。與齒輪配合的棘齒部分稱為棘爪， 它能夠滑過上述的弧形側(cè)，但是會卡在平坦側(cè)。
[0003] 按照常規(guī)的做法，在棘輪的主體鑄造之后，它將經(jīng)受大量機(jī)械加工來制作所有的 結(jié)構(gòu)特征，包括穿出用于軸組件的孔以及切割出齒型等等。
[0004] 因此，這種做法是耗時的。其并沒有為成品提供所需的結(jié)構(gòu)化強度，而這主要產(chǎn)生 的影響就是其減少的功能壽命。由于制造棘輪的這種技術(shù)方法，產(chǎn)品會在動力傳動系統(tǒng)中 表現(xiàn)出相關(guān)的低耐磨損性、不夠完美、以及自定安裝的低可行性，同時在運行時更易發(fā)生噪 音并且極容易意外損壞。
[0005] 此外，在棘輪制造的一種替代做法中，切割成合適尺寸的原材料的工件經(jīng)歷局部 鍛造或擠壓，主要用來獲得適于一系列機(jī)械加工操作的基礎(chǔ)面錠。此一系列機(jī)械加工操作 也就是通過機(jī)械加工/切割制作表面圖案；穿孔；錠塊表面圖案精制和強化；齒型切割等 等。更重要的是，所有的這些做法都會涉及大量的機(jī)械加工來進(jìn)行錠的結(jié)構(gòu)特征的開發(fā)以 及用于制作一系列的齒型。齒型切割通常要通過一個接一個的齒的切割或滾銑來完成。另 外，這種方法是如此的耗時使得其無法充分滿足有關(guān)汽車工業(yè)的要求/需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明主要的目的是提出這樣一種制造方法，它主要涉及針對帶有齒型的 棘輪產(chǎn)品的熱鍛（hot forging)或溫鍛（warm forging)。其中，與棘輪的最終成形相關(guān)的針 對所述熱鍛和溫鍛的輔助性可選的次要步驟主要包括：主體受控的冷卻（連續(xù)式爐)、穿孔、 噴砂、磷酸鹽處理（bonderizing)和潤滑、齒的大小調(diào)整、CNC加工、滾銑（Hobbing)、表面滲 碳（Case Carburising)、噴砂（懸掛式)、以及?行磨（Honing)等等。采用本發(fā)明提出的方法 制造的棘輪與通過傳統(tǒng)方法制備的相似的常見汽車部件相比，其在性能方面非常先進(jìn)，即， 它具有非常1?的應(yīng)力承載能力，耐腐蝕性、耐1?溫以及非常1?的結(jié)構(gòu)強度等等。
[0007] 本發(fā)明的主要目的是提出一種用來制造帶有齒型的棘輪的方法，其中，所述棘輪 的主要結(jié)構(gòu)特征以及其齒型是在熱鍛或溫鍛操作過程中形成的，并且在此之后，需要某些 可選的輔助機(jī)械加工處理來用于表面精制、產(chǎn)品強化以及棘輪的最終制造。
[0008] 本發(fā)明的另一主要目的在于提出一種用于制造帶有齒型的棘輪的新穎的方法，其 中，所述制造方法的特征在于：在執(zhí)行熱鍛后進(jìn)行正火（normalizing)，或可選地在執(zhí)行溫 鍛后進(jìn)行受控的冷卻(連續(xù)式爐)，其中，所述棘輪的齒型是在整個棘輪的主體成形期間被 同時鍛造的，而無需進(jìn)行任何齒切割步驟。
[0009] 本發(fā)明的另一目的在于提出一種帶有齒型的棘輪，其特征在于，該棘輪相比常見 的帶有齒型的棘輪而言具有改善的性能，這種改善主要在于以下方面：結(jié)構(gòu)強度、應(yīng)力耐受 度、有助于在高溫環(huán)境下具有良好表現(xiàn)以及有助于在嚴(yán)苛條件下連續(xù)運行而不會疲勞的磨 損強度等等，這種改善主要是由于它采用了水平熱鍛或溫鍛來制造包括齒型的完整部件。 [0010] 本發(fā)明的再一目的在于提出一種新的模具組，其用于執(zhí)行水平熱鍛(鐓粗和成形） 操作，或者采用現(xiàn)有技術(shù)中的受控的冷卻方式(連續(xù)式爐）進(jìn)行堅向溫鍛操作，以助于制作 在形狀、大小、尺寸、表面圖案和構(gòu)型方面具有多種可選范圍的帶有齒型的棘輪。
【附圖說明】
[0011] 圖I (A)是根據(jù)本發(fā)明鍛造出的棘輪工件及其上齒型的俯視示意圖；
[0012] 圖I (B)是根據(jù)本發(fā)明鍛造出的棘輪工件及其上齒型的仰視示意圖；
[0013] 圖2的示意圖示出了用于通過所提出的熱鍛及其輔助性的可選操作來制造棘輪 的流程；
[0014] 圖3的示意圖示出了用于通過所提出的溫鍛及其輔助性的可選操作來制造棘輪 的流程。
【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明主要提出了用于制造帶有齒型的棘輪的方法，該方法主要通過在單一步驟 中水平熱鍛加上正火處理或在單一步驟中溫鍛加上受控冷卻處理，就可以使得在對原材料 /錠塊（ingot)的工件進(jìn)行預(yù)處理后，將其簡單地鍛造成具備所有所需結(jié)構(gòu)特征、所需的表 面圖案、以及其適合的齒型的棘輪。在對錠塊的鍛造操作完成之后，僅需非常有限的機(jī)械加 工操作即可。這種加工操作主要是精制（refining)性質(zhì)的操作，目的是用于棘輪產(chǎn)品的最 終成形。
[0016] 對帶有齒的棘輪產(chǎn)品采用單一步驟的鍛造處理并非常規(guī)的實踐做法，這主要是由 于以下的諸多原因：用于所述部件的工業(yè)化生產(chǎn)的模具設(shè)計的技術(shù)復(fù)雜性；沒法實現(xiàn)理想 的用于生產(chǎn)工業(yè)化可接受的帶有齒的棘輪的鍛造條件；以及牽涉其中的各種大小范圍的機(jī) 動車部件的如此之多角度方面的考慮，即，中心孔的制作、所述部件的大小優(yōu)化、齒的成形 等等，這些都難以在一個單一標(biāo)準(zhǔn)化處理中考慮，以主要用于實現(xiàn)所述機(jī)動車部件的所有 的所需和優(yōu)選的結(jié)構(gòu)化和功能化特征。
[0017] 本發(fā)明詳細(xì)描述了用于通過鍛造來制造帶有齒型的棘輪的方法，該鍛造或者是通 過熱鍛或可選地通過溫鍛。
[0018] ?熱鍛流程：在此流程中，原材料(錠塊）被非?？斓卦趩我徊襟E中鍛造，因此類似 于本發(fā)明所述棘輪的小部件能夠以每分鐘超過150個部件的速率被形成。這種處理的主要 優(yōu)點在于它具有高產(chǎn)出率和能夠接受低成本材料。需要較少的人工來操作機(jī)器。它沒有火 花產(chǎn)生，因此相比傳統(tǒng)鍛造而言可以節(jié)省20%~30%的材料。最終的產(chǎn)品穩(wěn)定于非常高的 溫度下，其范圍在950°C到1250°C之間（這取決于錠塊的材料以及因此在正火條件下冷卻 工件的質(zhì)量)，這使得部件一直易于機(jī)械加工。
[0019] 在上述熱鍛之后進(jìn)行正火處理（Normalizing)具有多個如下優(yōu)點：
[0020] ?正火處理為鐵或鋼部件賦予了硬度和強度。此外，正火有助于減少內(nèi)部應(yīng)力。
[0021] ?正火處理還改善了微結(jié)構(gòu)的均勻性和對熱處理(例如退火或淬火）的響應(yīng)，并通 過賦予"熱記憶"增強了隨后的低溫處理的穩(wěn)定性。需要最大剛性和那些會受到?jīng)_擊的部 件通常需要正火處理。
[0022] ?此外，正火處理典型地被執(zhí)行用于：改善機(jī)械加工性、改善尺寸穩(wěn)定性、修飾和 /或精制顆粒結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)均勻性微結(jié)構(gòu)、減少帶化、改善延展性、當(dāng)硬化或表面硬化時提供更 加一致的響應(yīng)。
[0023] 本文所提出的水平熱鍛(鐓粗和鍛造）具有許多節(jié)省成本的優(yōu)點，并且越多地使用 這種制造方法優(yōu)點越明顯。實際上，熱鍛是為了使金屬在某一溫度和應(yīng)變率下塑性變形，以 使其變形的同時發(fā)生再結(jié)晶，因此避免了機(jī)械硬化。要實現(xiàn)這一點，需要在整個處理過程 中獲得高工件溫度（匹配金屬的再結(jié)晶溫度)。在此的示例性和優(yōu)選形式的熱鍛為等溫鍛造 (isothermal forging),其中材料和模具被加熱至相同溫度。為了防止氧化,在超合金上進(jìn) 行的等溫鍛造處于真空或高度可控的大氣環(huán)境中。
[0024] 所提出的水平熱鍛(鐓粗和鍛造）實際上是金屬成型處理，其中，獨特設(shè)計的閉模 (close die)(拼合式）起到了重要的作用。另外，均勻厚度的加熱后的工件在拼合式的陰 模之間被夾持，而鐓模(沖子)受迫抵靠工件，使得工件所需地變形和擴(kuò)大。一系列的模腔可 用來逐步地控制工件的幾何形狀直到其達(dá)到最終的形狀。
[0025] 對于本文提出的水平熱鍛，不僅特殊范圍的溫度是重要的，出于特殊對策而考慮 所需的多個其他因素也是重要的：輔助所需物品的熱鍛的模具的非常有效的選擇/設(shè)計； 用于制造所述模具的材料；涉及模具制造的相關(guān)技術(shù)的定制；用于熱鍛的適合的潤滑劑的 選擇；根據(jù)經(jīng)受所提出的熱鍛的錠塊的材料采用的鍛造的條件等等。就本發(fā)明而言，錠塊通 常由具有預(yù)定碳含量的鋼或合金材料形成，根據(jù)