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案例分享:齿轮热处理变形技术研究
2019-01-04 10:44:18 来源: 作者: 【 】 浏览:305次 评论:0

     齿轮是机械设备中的关键零件,要求齿轮既具有优良的耐磨性,又要具备高的抗接触疲劳和抗弯曲疲劳性能。在齿轮的加工过程中,热处理工艺是非常重要的一个环节。先进的齿轮热处理变形技术具有优质、节能、降耗、高效、低成本的特点。因此,为了尽量减少因为齿轮热处理变形超差造成的不必要损失,降低企业必要的生产成本,采用合理的措施对齿轮的热处理变形技术进行最小化控制就显得尤为重要。


     齿轮类零件是减速机的重要组成部件,它们质量的优劣,直接影响减速机的使用寿命和安全生产。齿形加工后进行热处理的目的, 主要是提高轮齿工作面的硬度、工作强度及耐磨性。当前,齿轮质量的优劣直接关系到整个设备的使用寿命。因此,在热处理工艺过程中齿轮类零件极易产生变形,需要精心操作,提高加工质量,减小热处理变形是降低成本提高生产率的重要手段。


1齿轮热处理变形主要受以下因素影响


1.1 齿轮的形状

     由于齿轮加工形状不一,严重影响和制约齿轮加工质量的瓶颈出现在毛坯锻造工艺和热处理工艺,其中尤以热处理工艺为重。一是圆环类齿轮。主要是车桥中盆桥齿和主动减速齿轮,这两种齿轮在渗碳淬火中的主要问题是端面翘曲变形和安装平面上多个螺纹孔的位置度变化,其中后者主要表现为内孔椭圆度超差。如果变形量过大,在齿面精加工过程中,存在单侧轮齿磨不起来而发生废品。或是齿形齿向在精磨中发生改变,使得接触区偏向一边,影响接触区位置,达不到要求。二是轴类齿轮。轴齿类的变形主要表现在两个方面 :一方面是齿跳 ;另一方面是齿形、齿向变化。轴类产品渗碳淬火后要进行校直才能进行齿形齿向的检测。


1.2 齿轮材料

     在齿轮选材正确的前提下,原材料的纯洁性、均匀性、淬透性是影响渗碳淬火齿轮变形的主要因素。原材料质量的优劣,对变形也有很大的影响。如若组织粗大、带状组织严重等热处理变形较大。因此,即使是同种材料不同炉号的材料,其变形也是不一样的。由于原材料淬透性不同,导致了淬透性带宽的不同,渗碳淬火后的组织就会出现差异,变形也就不一样。如果进厂钢材的淬透性每批都不一样且波动很大,即淬透性带宽过宽,必然会导致齿轮热处理变形无规律。


1.3 工艺技术

     一是淬火温度的影响。渗碳淬火工艺的优点是发展的已经很成熟、应用也比较广泛、成本相对较低等。淬火温度对热处理变形有一定影响,因此在生产过程中要严格控制,渗碳淬火工艺中对齿轮热处理变形的影响主要有装夹方式、渗碳处理的温度、升温的速度、淬火的温度、淬火介质的选择等。二是在气氛炉中,齿顶的更深的渗层使齿顶膨胀、胀大,影响工件形状精度或改变齿轮的几何外形。如果齿轮没有后续磨削加工,例如,成型齿轮一般就不要,这样的结果会导致不得不使用特殊的机加工设备进行切削和剔齿以补偿变形。


2齿轮热处理变形相关技术


2.1 激光热处理技术

     激光热处理是利用高功率密度的激光束对金属进行表面处理的方法,它可以对材料实现相变硬化(或称做表面淬火、表面非晶化、表面重熔粹火)、表面合金化等表面改性处理。激光热处理技术具有局部淬火精确均匀、淬火后材料变形量小、表面质量变化小等优点,很多已经在材料热处理上广泛的应用和推广,但由于汽车模具结构复杂、曲面较多、淬火轨迹多变,目前国内激光淬火过程中的手动采点记录后进行简单编程的方式。由于激光功率密度高,与零件的作用时间很短(10-12 秒),故零件的热变形区和整体变化都很小。故适合于高精度零件处理。激光在大型机车制造业已被采用,大大提高了机车寿命,主要是机车大型曲轴的激光和机车柴油机缸套和机车主簧片的激光。


2.2 等离子(弧)淬火技术

     等离子弧表面淬火技术是近十年来发展起来的一种具有良好应用前景的新工艺,是采用氮等离子弧(即氮压缩电弧)为能量射束对钢铁表面进行扫描加热,使其迅速达到相变温度以上,靠自冷淬火。等离子弧淬火使被扫描表面产生了5μm 左右的波度,促使相互运动表面产生油楔作用,使边界润滑向混合润滑状态转变,使摩擦因数降低,耐磨性提高。利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材上形成表面合金层或改变其表层金相组织,可获得满足零件工况要求的功能表层,能取代零件昂贵的整体合金,节约贵金属和战略材料。


2.3 真空低压渗碳

     真空低压渗碳可以大幅度降低生产成本和大幅度提高设备利用率。这是因为低压真空渗碳的气氛非常简单,强渗期仅需乙炔或丙烷,扩散期仅需氮气,且压力非常低,因此使用气氛的成本显著降低。随着工业技术的不断发展,对工件热处理的要求也越来越高。低压真空渗碳设备是与低压真空渗碳技术同时出现,该类设备的突出特点是选择的多样性、具有多种用途和先进的渗碳控制系统。低压真空渗碳工艺的热效率高,因为真空渗碳炉的加热元件和隔热材料,例如,石墨毡、石墨板的热容量与气体渗碳炉的砖砌炉壁的热容量比拟是很小的,低压真空渗碳的气体消耗量远小于气体渗碳工艺的渗碳气体消耗量。渗碳速度可以大幅度提升,使获得同样渗碳深度的时间大大缩短,有利于提高生产效率和降低生产成本。


3结束语


     总之,齿轮热处理变形的情况很复杂,我们应该依据具体情况具体分析并采取相应的措施,努力排除或减弱不利因素的影响程度, 这也是减少齿轮热处理变形的最有效方法。


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