通过锻造来制造带有齿型的棘轮的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制造带有齿型的棘轮（ratchet gear)的方法，该棘轮尤其可用于 摩托车。其中，该棘轮的整个结构特征连同其齿型（teeth pattern)是在或者是水平热锻 (镦粗（Upsetting)和成形）或者是可选的坚向温锻操作的锻造操作过程期间实现的。通过 锻造后的锭块（forged ingot)仅在锻造阶段就实现了其所有的结构特征，然后它更进一步 地经受一系列可选的辅助操作，以有助于使这些结构特征强化和使表面图案平滑，包括所 述棘轮部件的齿型的平滑。
【背景技术】
[0002] 通常，棘轮是一种专用的、优选用于仅沿一个方向转动的类型的齿轮。大多数棘轮 具有这种类型的齿：其在一侧为弧形，而在另一侧平坦。与齿轮配合的棘齿部分称为棘爪， 它能够滑过上述的弧形侧，但是会卡在平坦侧。
[0003] 按照常规的做法，在棘轮的主体铸造之后，它将经受大量机械加工来制作所有的 结构特征，包括穿出用于轴组件的孔以及切割出齿型等等。
[0004] 因此，这种做法是耗时的。其并没有为成品提供所需的结构化强度，而这主要产生 的影响就是其减少的功能寿命。由于制造棘轮的这种技术方法，产品会在动力传动系统中 表现出相关的低耐磨损性、不够完美、以及自定安装的低可行性，同时在运行时更易发生噪 音并且极容易意外损坏。
[0005] 此外，在棘轮制造的一种替代做法中，切割成合适尺寸的原材料的工件经历局部 锻造或挤压，主要用来获得适于一系列机械加工操作的基础面锭。此一系列机械加工操作 也就是通过机械加工/切割制作表面图案；穿孔；锭块表面图案精制和强化；齿型切割等 等。更重要的是，所有的这些做法都会涉及大量的机械加工来进行锭的结构特征的开发以 及用于制作一系列的齿型。齿型切割通常要通过一个接一个的齿的切割或滚铣来完成。另 外，这种方法是如此的耗时使得其无法充分满足有关汽车工业的要求/需求。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明主要的目的是提出这样一种制造方法，它主要涉及针对带有齿型的 棘轮产品的热锻（hot forging)或温锻（warm forging)。其中，与棘轮的最终成形相关的针 对所述热锻和温锻的辅助性可选的次要步骤主要包括：主体受控的冷却（连续式炉)、穿孔、 喷砂、磷酸盐处理（bonderizing)和润滑、齿的大小调整、CNC加工、滚铣（Hobbing)、表面渗 碳（Case Carburising)、喷砂（悬挂式)、以及?行磨（Honing)等等。采用本发明提出的方法 制造的棘轮与通过传统方法制备的相似的常见汽车部件相比，其在性能方面非常先进，即， 它具有非常1?的应力承载能力，耐腐蚀性、耐1?温以及非常1?的结构强度等等。
[0007] 本发明的主要目的是提出一种用来制造带有齿型的棘轮的方法，其中，所述棘轮 的主要结构特征以及其齿型是在热锻或温锻操作过程中形成的，并且在此之后，需要某些 可选的辅助机械加工处理来用于表面精制、产品强化以及棘轮的最终制造。
[0008] 本发明的另一主要目的在于提出一种用于制造带有齿型的棘轮的新颖的方法，其 中，所述制造方法的特征在于：在执行热锻后进行正火（normalizing)，或可选地在执行温 锻后进行受控的冷却(连续式炉)，其中，所述棘轮的齿型是在整个棘轮的主体成形期间被 同时锻造的，而无需进行任何齿切割步骤。
[0009] 本发明的另一目的在于提出一种带有齿型的棘轮，其特征在于，该棘轮相比常见 的带有齿型的棘轮而言具有改善的性能，这种改善主要在于以下方面：结构强度、应力耐受 度、有助于在高温环境下具有良好表现以及有助于在严苛条件下连续运行而不会疲劳的磨 损强度等等，这种改善主要是由于它采用了水平热锻或温锻来制造包括齿型的完整部件。 [0010] 本发明的再一目的在于提出一种新的模具组，其用于执行水平热锻(镦粗和成形） 操作，或者采用现有技术中的受控的冷却方式(连续式炉）进行坚向温锻操作，以助于制作 在形状、大小、尺寸、表面图案和构型方面具有多种可选范围的带有齿型的棘轮。
【附图说明】
[0011] 图I (A)是根据本发明锻造出的棘轮工件及其上齿型的俯视示意图；
[0012] 图I (B)是根据本发明锻造出的棘轮工件及其上齿型的仰视示意图；
[0013] 图2的示意图示出了用于通过所提出的热锻及其辅助性的可选操作来制造棘轮 的流程；
[0014] 图3的示意图示出了用于通过所提出的温锻及其辅助性的可选操作来制造棘轮 的流程。
【具体实施方式】
[0015] 本发明主要提出了用于制造带有齿型的棘轮的方法，该方法主要通过在单一步骤 中水平热锻加上正火处理或在单一步骤中温锻加上受控冷却处理，就可以使得在对原材料 /锭块（ingot)的工件进行预处理后，将其简单地锻造成具备所有所需结构特征、所需的表 面图案、以及其适合的齿型的棘轮。在对锭块的锻造操作完成之后，仅需非常有限的机械加 工操作即可。这种加工操作主要是精制（refining)性质的操作，目的是用于棘轮产品的最 终成形。
[0016] 对带有齿的棘轮产品采用单一步骤的锻造处理并非常规的实践做法，这主要是由 于以下的诸多原因：用于所述部件的工业化生产的模具设计的技术复杂性；没法实现理想 的用于生产工业化可接受的带有齿的棘轮的锻造条件；以及牵涉其中的各种大小范围的机 动车部件的如此之多角度方面的考虑，即，中心孔的制作、所述部件的大小优化、齿的成形 等等，这些都难以在一个单一标准化处理中考虑，以主要用于实现所述机动车部件的所有 的所需和优选的结构化和功能化特征。
[0017] 本发明详细描述了用于通过锻造来制造带有齿型的棘轮的方法，该锻造或者是通 过热锻或可选地通过温锻。
[0018] ?热锻流程：在此流程中，原材料(锭块）被非常快地在单一步骤中锻造，因此类似 于本发明所述棘轮的小部件能够以每分钟超过150个部件的速率被形成。这种处理的主要 优点在于它具有高产出率和能够接受低成本材料。需要较少的人工来操作机器。它没有火 花产生，因此相比传统锻造而言可以节省20%~30%的材料。最终的产品稳定于非常高的 温度下，其范围在950°C到1250°C之间（这取决于锭块的材料以及因此在正火条件下冷却 工件的质量)，这使得部件一直易于机械加工。
[0019] 在上述热锻之后进行正火处理（Normalizing)具有多个如下优点：
[0020] ?正火处理为铁或钢部件赋予了硬度和强度。此外，正火有助于减少内部应力。
[0021] ?正火处理还改善了微结构的均匀性和对热处理(例如退火或淬火）的响应，并通 过赋予"热记忆"增强了随后的低温处理的稳定性。需要最大刚性和那些会受到冲击的部 件通常需要正火处理。
[0022] ?此外，正火处理典型地被执行用于：改善机械加工性、改善尺寸稳定性、修饰和 /或精制颗粒结构、生产均匀性微结构、减少带化、改善延展性、当硬化或表面硬化时提供更 加一致的响应。
[0023] 本文所提出的水平热锻(镦粗和锻造）具有许多节省成本的优点，并且越多地使用 这种制造方法优点越明显。实际上，热锻是为了使金属在某一温度和应变率下塑性变形，以 使其变形的同时发生再结晶，因此避免了机械硬化。要实现这一点，需要在整个处理过程 中获得高工件温度（匹配金属的再结晶温度)。在此的示例性和优选形式的热锻为等温锻造 (isothermal forging),其中材料和模具被加热至相同温度。为了防止氧化,在超合金上进 行的等温锻造处于真空或高度可控的大气环境中。
[0024] 所提出的水平热锻(镦粗和锻造）实际上是金属成型处理，其中，独特设计的闭模 (close die)(拼合式）起到了重要的作用。另外，均匀厚度的加热后的工件在拼合式的阴 模之间被夹持，而镦模(冲子)受迫抵靠工件，使得工件所需地变形和扩大。一系列的模腔可 用来逐步地控制工件的几何形状直到其达到最终的形状。
[0025] 对于本文提出的水平热锻，不仅特殊范围的温度是重要的，出于特殊对策而考虑 所需的多个其他因素也是重要的：辅助所需物品的热锻的模具的非常有效的选择/设计； 用于制造所述模具的材料；涉及模具制造的相关技术的定制；用于热锻的适合的润滑剂的 选择；根据经受所提出的热锻的锭块的材料采用的锻造的条件等等。就本发明而言，锭块通 常由具有预定碳含量的钢或合金材料形成，根据