[发明专利]一种机器人谐波减速机柔性轴承用钢及其生产方法

说明书

本发明涉及一种机器人谐波减速机柔性轴承用钢及其生产方法，产品化学成分：C：0.93～1.05％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.25～0.45％，Cr：1.40～1.60％，Ni≤0.20％，Cu≤0.20％，Mo≤0.08％，Al≤0.05％，S≤0.008％，P≤0.010％，Ti≤0.0012％，O≤0.0006％，As≤0.01％，Sn≤0.01％，Sb≤0.005％，Pb≤0.0015％，Nb：0.01～0.10％，V：0.01～0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。生产流程为铁水预处理‑转炉或电弧炉冶炼‑LF精炼‑RH或VD炉精炼‑大截面连铸CCM大连铸坯‑锻造开中间坯‑中间坯轧制成材‑精整，钢材具有较高的纯净度、较高的碳化物均匀性和组织均匀性，满足机器人谐波减速机柔性轴承用钢的质量要求，能够替代国外进口材。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种机器人谐波减速机柔性轴承用钢及其生产方法。

背景技术

机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，通过精密减速机将输入端的高功率转变为输出端的低功率，让机器人可以按照人为预先编排的程序进行运行，代替重复机械式的人工操作，机器人替代人工劳动力已经在全世界范围得到广泛重视，并逐渐成为极具发展前景的智能化机器人领域。

谐波减速机是机器人中的最精密的减速机类型，其组成部分包括：椭圆形凸轮、柔性轴承、带有外齿圈的柔轮和带有内齿圈的刚轮。柔性轴承的内圈固定在椭圆形凸轮上，构成谐波减速机的输入端，柔性轴承的外圈与柔轮构成谐波减速机的输出端。当波发生器连续转动时，会使柔轮的外齿圈和刚轮的内齿圈之间产生错齿运动，从而实现运动传递功能。谐波减速机因其高精度、大传动比、传动效率高、体积小、重量轻等特点，逐渐朝汽车制造、精密数控机床、半导体生产设备等高端制造领域的方向发展。

从谐波减速机的工作原理上看，柔性轴承是重要组成部分之一，而且与普通轴承相比，柔性轴承的服役条件更为恶劣。首先，谐波减速机输入端具备高功率的特征，导致柔性轴承需要承受的转动速度要远高于普通轴承。其次，由于凸轮为椭圆形形状，在波发生器转动过程中，柔性轴承会发生一定程度、不同形状的弹性变形，导致柔性轴承不仅需要承受较高的接触应力和冲击应力，而且应力的方向始终发生变化。因此，在运行过程中，柔性轴承会更容易提前发生疲劳失效。机器人谐波减速机柔性轴承的长寿命要求就对柔性轴承用钢提出了更加严苛的要求，除满足高强度、高硬度、高耐磨性的要求外，还必须具备较高的纯净度、较高的组织均匀性和较长的疲劳寿命。

目前，机器人谐波减速机长期被国外企业垄断，大部分机器人厂商均采用国外进口材来制造柔性轴承谐波减速机用关键零部件，国内对机器人谐波减速机的研发处于一片空白，这严重制约了我国智能化机器人产业的发展。

国外采用模铸工艺生产机器人谐波减速机柔性轴承用钢，模铸工艺生产的钢材具有组织均匀性高、致密度高的优势，但是难以保证柔性轴承的高纯净度要求。为提高钢材的纯净度，国外也采用电渣重熔工艺生产柔性轴承用钢，这种工艺生产的钢材具有非金属夹杂物颗粒细小且分布均匀的优势，但也存在生产效率低、产能低、能耗较高和生产成本高等明显的劣势，因此，电渣重熔工艺生产的钢材的市场竞争力很低。随着真空脱气、连铸和连轧技术的发展，国外也逐渐采用真空脱气+连铸+连轧工艺生产柔性轴承用钢，这种工艺既可以大幅度提高生产效率和产能，大幅度降低能耗和生产成本，真空脱气也可以明显降低钢材氧含量，使非金属夹杂物尺寸减小，提升纯净度的指标，因而真空脱气连铸材在市场上更加具有竞争优势，但是相比于传统模铸和电渣重熔工艺，连铸+连轧的工艺难以保证较高组织均匀性的要求。机器人谐波减速机柔性轴承用钢的质量瓶颈，限制了高端谐波减速机在航空航天、新能源装备等领域的应用。

发明内容