专利名称：链轮及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种由低碳钢制成的链轮及其生产方法，所述低碳钢的碳含量不高于0.25wt％。
背景技术：
通常，用于制造链轮的碳钢的碳含量为0.40-0.50％(在本文的以后部分被称为中碳钢)，例如，在JIS中规定的S45C碳钢被用于制造用来传递摩托车动力的链轮。
例如，生产链轮的方法包括图7和8中所示的(a)至(j)的15道工序。当在图8(g)中所示的齿形部分的淬火工艺中时链轮的齿形部分进行热处理时，将该齿形部分的硬度设定为35-50洛氏硬度C，以增强其抗磨耗性能。
另一方面，提供了一种由碳钢制成的链轮，碳钢的碳含量不超过0.25wt％(在本文的以后部分被称为低碳钢)，例如在JIS中规定的SPH至S20C的低碳钢。上述链轮可用于某些领域。因为一片低碳钢的成本不高。
众所周知的是，当把低碳钢加热至不低于A3转变点并浸入水中进行淬火时，即使是低碳钢的硬度也能有一定程度提高。提供了一种链轮，对该链轮的齿形部分进行热处理，以便提高其硬度。然而，从本质上讲，不可能对低碳钢进行淬火，而且难于充分提高低碳钢的硬度。
对于由中碳钢制成的链轮而言，可以充分提高其齿形部分的硬度。因此，由中碳钢制成的链轮的抗磨耗性能卓越。不过，中碳钢的材料费用高，而且，由于硬度高，在压制成型工艺中易发生变形和破裂。由于中碳钢的上述特征，难于主要通过压制工艺生产链轮。因此，必须分五个主要生产工艺进行机械加工，包括外径切削工艺、内径切削工艺、齿切削工艺、安装孔钻孔工艺和安装孔斜切工艺。由于工艺数量的增加，使得生产成本很高。另外，在机械加工工艺中会产生大量的切屑，而且，要清除所产生的切屑也很麻烦。另外，由于切削工具的磨损，在生产工艺中会产生误差。因此，在生产链轮时，为了稳定机械加工的精度，必须十分留意。
另一方面，对于由低碳钢制成的链轮来说具有以下优点。材料成本降低。由于低碳钢的特点，在压制成型工艺中不会产生变形。因此，在加工之后，如精整之后，无须进行机械加工。这样，可以主要通过压制成型的方法生产链轮。另外，由低碳钢生产链轮的方法也比由中碳钢生产链轮的方法简单。因此，生产成本可以大幅度地降低。尽管有上述优点，但由中碳钢制成的链轮的缺点是，它不能提供足够高的硬度，而且其抗磨耗性能也受到极大损害。
发明概述本发明人已完成本发明，发明人发现，如果以比浸水冷却更快的速度冷却，则即使是低碳钢的硬度也能提高到接近其理论最大淬火硬度。本发明的一个目的是提供一种生产成本低而且抗磨耗性能高的链轮。本发明的另一个目的是提供一种生产链轮的方法。
按照上述第一个方面，本发明提供了一种由低碳钢制成的链轮，其碳含量不高于0.25wt％，而且将齿形部分淬火至接近理论最大淬火硬度。
按照上述第二个方面，本发明提供了一种链轮，其中，齿形部分被淬火至35-55的洛氏硬度C。
按照上述第三个方面，本发明提供了一种链轮，其中，碳含量被设定在0.10～0.20wt％。
按照上述第四个方面，本发明提供了一种链轮，其中，剪切表面与内径安装孔的内圆表面的比率不低于50％。
按照上述第五个方面，本发明提供了一种生产链轮的方法，包括以下步骤将一个碳含量不高于0.25wt％的低碳钢片机械加工成链轮形状；对机械加工的链轮的齿形部分进行淬火，首先将其加热至不低于A3转变点的温度，并在0.5秒内迅速冷却至低于500℃的温度，以便将齿形部分淬火至接近其理论最大淬火硬度的硬度。
按照上述第六个方面，本发明提供了一种生产链轮的方法，其中，低碳钢片的碳含量被设定在0.10～0.20wt％。
按照上述第七个方面，本发明提供了一种生产链轮的方法，其中，齿形部分被淬火至35-55的洛氏硬度C。
按照上述第八个方面，本发明提供了一种生产链轮的方法，其中，将机械加工的链轮的齿形部分加热至不低于A3转变点的温度，而且在停止加热的同时或停止加热后马上喷水进行淬火处理，对齿形部分进行淬火。
按照上述第九个方面，本发明提供了一种生产链轮的方法，其中，将机械加工的链轮的齿形部分加热至不低于A3转变点的温度，而且在即将停止加热之前进行喷水淬火处理，对齿形部分进行淬火。
按照上述第十个方面，本发明提供了一种生产链轮的方法，其中，链轮的形状是在生产过程中仅通过对一块低碳钢片进行压制成型而制成的。
按照本发明的第十一个方面，本发明提供了一种生产链轮的方法，其中，至少链轮的齿形部分是在生产过程中机械加工而成的。
按照本发明的第十二个方面，本发明提供了一种生产链轮的方法，其中，在淬火过程中是通过高频感应加热装置对链轮的齿形部分进行加热。
根据本发明，一种链轮是由低碳钢制成，其碳含量不高于0.25wt％，该链轮的齿形部分被淬火至接近其理论最大淬火硬度的硬度。因此，当链轮是由廉价的低碳钢制成时，该链轮的齿形部分的抗磨耗性能可提高到最大程度。
在这种情况下，当链轮是由碳含量为0.10-0.20wt％的低碳钢制成时，链轮可以由普通的廉价材料制成，同时又能保持齿形部分有足够高的抗磨耗性能。当齿形部分被淬火至35-55洛氏硬度C时，可保持齿形部分足够高的抗磨耗性能。另外，当剪切表面与内径安装孔的内圆表面之比不低于50％时，该链轮可以高精度地组装到一个与内径安装孔连接的转动轴上。
按照生产本发明链轮的方法，首先，在生产过程中将一个碳含量不高于0.25wt％的低碳钢片成型为链轮形状，在随后的淬火工艺中，将链轮的齿形部分加热至不低于A3转变点的温度，并在0.5秒之内迅速冷却至不高于500℃的温度。以上述方式生产链轮。当齿形部分在0.5秒之内由低于A3转变点的温度迅速冷却并淬火至不高于500℃的温度时，齿形部分的洛氏硬度C可以非常接近其理论最大淬火硬度。
在这种情况下，当低碳钢片的碳含量为0.10-0.20wt％时，链轮可以由常见的廉价材料制成，同时又能保证齿形部分具有足够高的抗磨耗性能。当齿形部分被淬火至35-55的洛氏硬度C时，可以保证齿形部分具有足够高的抗磨耗性能。另外，当链轮的齿形部分被加热至不低于A3转变点的温度时，在停止加热的同时或在停止加热后马上喷水淬火，可以在0.5秒内将齿形部分迅速冷却并淬火至不高于500℃的温度。当在即将停止加热之前对齿形部分进行喷水冷却时，可以防止发生温度的缓慢下降，这种缓慢下降是在从停止加热至对齿形部分喷水这一阶段发生的。因此，可以进一步提高待淬火的齿形部分的冷却速度。
由于链轮是由低碳钢制成，其碳含量较低，仅通过压制成型，如精密冲裁即可将一个低碳钢片成型为链轮形状。因此，尽管链轮的生产工艺简单，但可以生产出高精度的优质链轮。
另外，在淬火工艺中当通过高频感应加热装置对链轮的齿形部分进行加热时，只有齿形部分能被迅速加热至预定温度。
附图简述
图1是链轮的平面图，图2是沿图1中II-II线的截面图，图3是链轮的生产工艺图，图4是高频感应加热装置的示意图，图5是表示淬火硬度等的曲线图，图6是低碳钢的连续冷却的转变曲线图，其碳含量为0.13wt％。
图7是常规链轮的生产工艺图，图8是常规链轮的生产工艺图。
实施本发明的最佳方式参见附图，下面将对本发明的实施方案进行说明。
如图1所示，链轮包括一个设在中央的环形轮毂2；一个设在外围的环形轮缘3；设在轮缘3外围的若干个齿4；连接轮毂2与轮缘3的4个臂5；一个内径安装孔6，发动机的输出轴插入该孔中；4个固定孔7，用于将链轮1固定在所述输出轴上的螺栓与这些孔连接；还有4个用于减轻其重量的花式孔8。尽管在该实施方案中用的是上述常见链轮1，也可以采用不同结构的链轮。
链轮1由低碳钢制成，碳的含量不高于0.25wt％，最好为0.10～0.2wt％。就碳含量的上限而言，当其上限值被定为高于0.25wt％时，材料的成本较高，尽管也能提供足够高的硬度。因此，其上限值被定为不高于0.25％。为了尽可能的降低材料成本，最好将其上限值定为不高于0.2wt％。就碳含量的下限而言，当碳含量值低至如图5所示的0.1wt％时，即使是理论最大淬火硬度也会降低至不高于35的洛氏硬度，而且不可能提供足够高的抗磨耗性能。因此，其下限值被设定为不低于0.10wt％。
如上所述，链轮1的碳含量低，所以可以通过主要由压制成型组成的生产工艺生产链轮1。如图2所示，剪切表面与内径安装孔6的内圆表面的比率100×(t/T)值不低于50％，这样，可以提高相对于输出轴的安装精度。
接着，参见图3所示的生产工艺图，将对链轮1的生产工艺做以下说明。
首先，在图3(a)所示的外径精整冲压工艺中，对一个碳含量为0.1-0.25wt％的低碳钢板进行冲压，以便制成第一个盘状工件11。
接着，在图3(b)所示的内径孔冲孔工艺中，对所述第一个工件11的中部进行冲孔，制成第二个工件12。
然后，在图3(c)所示的花式孔冲孔工艺中，通过压制成型在第二个工件上冲切出花式孔8，制成第三个工件13。
接着，在图3(d)所示的内径安装孔精整冲切工艺中，通过压制成型对所述工件的中央进行冲切，以形成内径安装孔6，与此同时，冲切出四个固定孔7，形成第四个工件14。此时，当冲头与冲模之间的间隙不高于5％时，在进行冲切时剪切表面与内径安装孔6的内圆周表面之比值保持不低于50％。
接下来，在图3(e)所示的齿切削工艺中，通过机械加工在第四个工件14的外围形成若干齿形4，制成工件15。就此而言，所述齿切削工艺可以通过压制成型进行。在压制成型的情况下，最好在齿切削工艺后进行一个除毛边工艺。
接着，在图3(f)所示的齿淬火工艺中，用一个随后将要讲述的高频感应加热装置21将齿4加热至不低于A3转变点的温度(例如，不低于870℃)，并在停止加热的同时向齿4喷水，以便对齿4进行淬火。由此获得第六个工件16。就此而言，在停止加热后马上向齿4喷水，以便对齿4进行淬火。
此时，齿4在0.5秒内迅速冷却至不高于500℃的温度，并将齿的洛氏硬度C调至35-55的范围，这一范围接近其理论最大硬度。
参见图6所示的连续冷却转变曲线图，下面将对齿4的冷却速度作简要说明。就碳含量为0.13wt％的低碳钢而言，为了产生HV358的维氏硬度(此时的洛氏硬度C，HRC≈37)，必需在0.5秒之内迅速将低碳钢的温度从约720℃冷却至500℃。为了产生35-55的洛氏硬度C，必须在0.5秒之内将低碳钢从约720℃迅速冷却至不高于500℃的温度。
在0.5秒内将温度迅速冷却至不高于500℃的另一种方法是，在即将停止用高频感应加热装置21进行加热之前向齿4喷水。这样，可以避免在从停止加热至开始向齿4喷水期间发生温度的缓慢下降，从而可以更迅速的冷却并对齿4进行淬火。或者，将链轮1浸入一种加有防冻剂，如盐的溶液中并搅动。
如图4所示，高频感应加热装置21具有一种普通结构，它包括一个由钢制成的大致为环状的空心感应线圈22，该线圈环绕着链轮1。在感应线圈22的内圆表面上设有若干喷射孔23，这些喷射孔23朝向感应线圈22的中央。当感应线圈22由电流AC供能时，其频率为30-300KHz，当链轮1被放入感应线圈22时，通过高频感应加热仅能对链轮1的齿4进行快速加热。当向感应线圈22里输送高压水时，水能够从所述若干喷射孔23中喷出，射向齿4。由于上述原图，齿4可以迅速冷却。就此而言，采用感应加热线圈的另一种淬火方法将在下文讲述。在感应线圈和链轮1被浸入水中的条件下将链轮1的齿4加热至不低于A3转变点的温度，然后停止向感应线圈供应电能，以便链轮1能迅速冷却。
接着，在图3(i)所示的表面处理工艺中，对已经过淬火的第六个工件16进行平整或涂层。由此得到链轮1。不过，在不对第六个工件16进行平整或涂层时，所述工艺可以省略。
如上所述，链轮1可以由大致包括7道工艺的生产方法制成，该方法主要包括压制成型。因此，可以大大简化生产工艺，从而降低生产成本。另外，由于齿切削是通过机械加工进行的，因此，在淬火工艺中能够有效避免齿4上出现裂缝。另外，在对齿4进行淬火以后，其硬度可提高至35～55的洛氏硬度C值。因此，可以确保齿4具有足够高的抗磨耗性能。另外，可以在低温下(例如，约120℃)对齿4进行回火，在此温度下其硬度不会下降。
下面将对淬火试验进行说明，该试验是本发明人为了找到最佳淬火方法而进行的。
在该试验中，采用了以下的工件A-L，这些工件的碳含量如表1所示。
表1
在进行该试验时，使用了以下3种淬火方法。
(1)喷水法在喷水法中，将齿加热至不低于A3转变点的温度。在停止加热的同时向齿喷水，以便对齿进行淬火。
(2)浸水法在浸水法中，在齿被加热到不低于A3转变点的温度之后，将齿浸入水中。
(3)浸油法在浸油法中，在齿被加热至不低于A3转变点的温度之后，将齿浸入油中。
在该试验中，测量淬火的试验工件的洛氏硬度C值。结果如图5所示。由图5所示的曲线可以看出，当采用喷水法对试验工件进行淬火时，可将齿充分淬火至接近理论最大淬火硬度。即使是由碳含量不低于0.10wt％的低碳钢制成的试验工件的硬度也不低于35-55的洛氏硬度C。因此，可以认为，这些试验工件具有足够高的抗磨耗性能。
另一方面，当采用浸水法或浸油法对工件进行淬火时，其硬度不能提高到接近理论最大淬火硬度。对于碳含量不高于0.20wt％的低碳钢来说，齿的洛氏硬度C低于35。即可以认为这种齿的抗磨耗性能受到破坏。
尽管在图5中没有示出，但除了上述喷水法之外，还有一种淬火方法，在该方法中，将试验工件加热至不低于A3转变点的温度，并在即将停止加热之前进行喷水。按照该方法，所取得的硬度略高于用喷水法所取得的硬度。而且，还发现能有效保证具有与喷水法相同的抗磨耗性能。在另一种情况下，在把试验工件加热至不低于A3转变点的温度之后，将其浸入盐水中，并用试验工件搅动盐水。此时，尽管工件的硬度略有降低，但能确保其具有与喷水法相同的抗磨耗性能。然而，在用盐水进行淬火时，链轮表面会受到腐蚀。因此，在盐水中进行冷却最好比在水中进行冷却快。
按照本发明，链轮是由廉价材料制成。因此，有可能大幅度降低链轮的生产成本。当对链轮的齿进行淬火时，其硬度可提高至接近其理论最大淬火硬度。因此，齿的抗磨耗性能可以大大改善。另外，由于链轮是由碳含量较低的低碳钢制成，因此，可以主要通过压制成型方法或仅通过压制成型方法，如精密冲裁即可将钢板成型为链轮形状。用简单的生产方法即可生产出优质的精密链轮。
在这种情况下，当低碳钢的碳含量在0.10～0.20wt％的范围内时，可以用普通的廉价材料生产出其齿部具有足够高的抗磨耗性能的链轮。当齿被淬火至35-55的洛氏硬度C的硬度时，可以保证齿具有足够高的抗磨耗性能。另外，当剪切表面与内径安装孔的内圆表面之比不低于50％时，链轮与转动轴的组装精度能得到改善。
按照本发明的链轮生产方法，链轮是由碳含量不高于0.25wt％的廉价低碳钢板制成。因此，该链轮的生产成本可以大幅度降低。由于原料的碳含量低，因此，主要用压制成型方法或仅用压制成型方法即可由低碳钢板制成链轮。因此，可以减少生产链轮的工艺道数。另外，与机械加工不同的是，因切削工具磨损所致的误差可以减少，并有可能生产出均匀优质的精密链轮。而且，在生产过程中很少产生切削。因此，容易处理所产生的切削。当齿在0.5秒之内由不低于A3转变点的温度迅速冷却至不高于500℃的温度并淬火时，齿的洛氏硬度C值可以提高到接近其理论最大硬度值。因此，可以获得具有高抗磨耗性能的链轮。
在这种情况下，当低碳钢的含量为0.10-0.20wt％时，可以用普通的廉价材料制成其齿具有较高抗磨耗性能的链轮。当对齿进行淬火，而且其硬度提高到35-55的洛氏硬度C时，可以保证其具有足够高的抗磨耗性能。采用一种简单方法，即将链轮的齿加热至不低于A3转变点的温度，并在停止加热的同时或停止加热后马上喷水淬火，能够在0.5秒之内将齿从不低于A3转变点的温度迅速冷却至500℃的温度。可以在即将停止加热之前向齿喷水，以便对齿进行淬火。在这种情况下，可以避免在从停止加热至向齿喷水期间防止温度缓慢下降的发生，因此，可以更迅速地对齿进行冷却和淬火。
在生产工艺中，当通过机械加工方法切削链轮的齿时，可以有效避免在齿上出现裂缝，从而可以降低出现缺陷的机率。在淬火工艺中，当采用高频感应加热装置对链轮的齿进行加热时，可以仅将齿迅速加热至预定的温度。
权利要求
1.一种由碳含量不高于0.25wt％的低碳钢制成的链轮，包括齿形部分，该部分被淬火至接近其理论最大淬火硬度的硬度；和一个内径安装孔。
2.如权利要求1的链轮，其特征在于，所述齿形部分被淬火至35-55的洛氏硬度C。
3.一种由碳含量为0.10-0.20wt％的低碳钢制成的链轮，包括齿形部分，该部分被淬火至接近其理论最大淬火硬度的硬度；和一个内径安装孔。
4.如权利要求3的链轮，其特征在于，所述齿形部分被淬火至35-55的洛氏硬度C。
5.如权利要求1～4中的一项的链轮，其特征在于，剪切表面与所述内径安装孔的内圆表面之比不低于50％。
6.一种生产链轮的方法，包括以下步骤将一块碳含量不高于0.25wt％的低碳钢板机械加工成链轮形状；和对所述机械加工的链轮的齿形部分进行淬火，将齿形部分加热至不低于A3转变点的温度，并在0.5秒之内迅速冷却至低于500℃的温度，以便把所述齿形部分淬火至接近其理论最大淬火硬度的硬度。
7.如权利要求6的生产链轮的方法，其特征在于，所述齿形部分被淬火至35-55的洛氏硬度C。
8.一种生产链轮的方法，包括以下步骤将一块碳含量为0.10-0.2wt％的低碳钢板机械加工成链轮形状；和对所述机械加工的链轮的齿形部分进行淬火，将齿形部分加热至不低于A3转变点的温度，并在0.5秒之内迅速冷却至低于500℃的温度，以便把所述齿形部分淬火至接近其理论最大淬火硬度。
9.如权利要求8的生产链轮的方法，其特征在于，所述齿形部分被淬火至35-55的洛氏硬度C。
10.如权利要求6-9中的一项的生产链轮的方法，其特征在于，将所述机械加工的链轮的齿形部分加热至不低于A3转变点的温度，并在淬火工艺中，在停止加热的同时或停止加热后马上喷水，以便对所述齿形部分进行淬火。
11.如权利要求6-10中的一项的生产链轮的方法，其特征在于，将所述的机械加工的链轮的齿形部分加热至不低于A3转变点的温度，并在淬火工艺中，在即将停止加热之前喷水，以便对所述齿形部分进行淬火。
12.如权利要求6-11中的一项的生产链轮的方法，其特征在于，所述链轮的形状是由一块低碳钢板在生产工艺中仅通过压制成型而形成的。
13.如权利要求6-12中的一项的生产链轮的方法，其特征在于，至少所述链轮的齿形部分是在生产工艺中经机械加工而成。
14.如权利要求6-13中任一项的生产链轮的方法，其特征在于，在淬火工艺中是用一个高频感应加热装置对所述链轮的齿形部分进行加热。
全文摘要
一种由含碳量不高于0.25wt%的低碳钢制成的链轮,包括齿形部分和一个内径安装孔,对齿形部分进行淬火,使其硬度接近其理论最大淬火硬度。
文档编号F16H55/30GK1181114SQ9519734
公开日1998年5月6日 申请日期1995年11月22日 优先权日1994年11月25日
发明者高森则彦, 目次史彦, 大畑章人, 吉家彰人, 武田俊二 申请人:日星技研株式会社, 尤尼－日星股份有限公司