張宇

摘 要：在現(xiàn)代機(jī)械組合中齒輪是最常見(jiàn)、應(yīng)用最多的零件之一，輪船、飛機(jī)、汽車、起重機(jī)等幾乎所有的機(jī)械中都有齒輪的存在，足見(jiàn)其作用和用量之大。在機(jī)械使用過(guò)程中時(shí)有齒輪失效情況的發(fā)生，主要包含輪齒疲勞折斷與齒面疲勞損傷等問(wèn)題?，F(xiàn)階段制造生產(chǎn)齒輪的過(guò)程中，進(jìn)行滲碳淬火熱處理仍然是主流工藝，不過(guò)該方式存在一個(gè)較大的弊端，即為齒輪滲碳淬火熱處理后的變形問(wèn)題，該弊端大大降低了齒輪的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：齒輪；滲碳處理；淬火處理、熱處理變形；改進(jìn)措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.050

加工過(guò)程中對(duì)齒輪進(jìn)行合理的熱處理有利于增強(qiáng)其承載能力并提升其使用壽命，熱處理應(yīng)用較多的方式為滲碳淬火，該方法能有效提升齒輪的性能，不過(guò)該方式工序較為復(fù)雜，時(shí)常會(huì)因某些因素而導(dǎo)致齒輪出現(xiàn)變形等現(xiàn)象。影響熱處理變形的原因有很多，例如齒輪的結(jié)構(gòu)、材料、鍛造質(zhì)量、預(yù)備熱處理質(zhì)量等等，而且這些因素還相互影響，很難控制，筆者對(duì)齒輪滲碳淬火熱處理變形現(xiàn)象做了細(xì)致合理的分析，并針對(duì)其處理工藝等情況擬定了有效改善措施。

1 齒輪參數(shù)及熱處理工藝

1.1 齒輪參數(shù)

本文所選齒輪材質(zhì)：20CrMnTiH，具體參數(shù)為：模數(shù)=1.191mm、左旋25°、公法線=16.44（-0.05，0）mm、齒頂圓直徑Φ=39.831（-0.1，0）mm、內(nèi)徑Φ=16（0，+0.018）mm。該齒輪是對(duì)稱中空結(jié)構(gòu)，且內(nèi)徑、外徑較大，無(wú)腹板支撐，壁厚相對(duì)薄，對(duì)其進(jìn)行熱處理較易發(fā)生變形。

1.2 齒輪熱處理工藝

該齒輪熱處理工藝分別通過(guò)長(zhǎng)度15米的滲碳淬火爐與長(zhǎng)度8米的回火爐進(jìn)行，具體工藝流程為：將齒輪放入滲碳爐中，經(jīng)三小時(shí)由室溫勻速升至（920±5）℃，之后恒溫滲碳三小時(shí)，滲碳結(jié)束后經(jīng)四十分鐘勻速降溫至（860±5）℃，之后恒溫淬火五十分鐘，其中淬火液需為80℃，之后對(duì)其進(jìn)行為期2小時(shí)、溫度為（160±5）℃的低溫回火，原有工藝中齒輪進(jìn)行滲碳時(shí)為四只齒輪分別平放。

1.3 分析齒輪滲碳淬火熱處理形變

測(cè)量通過(guò)原有工藝進(jìn)行滲碳處理后的四只齒輪0°和180°上下4個(gè)值，發(fā)現(xiàn)齒輪的外徑及公法線發(fā)生了一定的脹大，其中有兩只齒輪還出現(xiàn)了橢圓畸變；再經(jīng)過(guò)后續(xù)的淬火工序后，齒輪的外徑及公法線出現(xiàn)了明顯的縮小現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)這兩個(gè)脹大、縮小的過(guò)程后，齒輪不可避免的出現(xiàn)了變形，四只齒輪中端面跳動(dòng)最嚴(yán)重的達(dá)到了1.9mm。雖然該批齒輪的公法線變形不嚴(yán)重，但是端面扭曲仍給機(jī)加工步驟造成了不小的麻煩，其中一只齒輪在磨齒后仍然有較多的氧化皮，只能對(duì)其做報(bào)廢處理。且原有工藝中所有齒輪各自平放，大大影響滲碳過(guò)程氣體流通的均勻程度，致使四只齒輪滲碳層出現(xiàn)厚度不均現(xiàn)象。經(jīng)上述內(nèi)容分析可知，齒輪滲碳淬火熱處理變形含脹縮度改變、錐度變化、橢圓度改變及齒面扭曲這四種情況。

2 齒輪滲碳淬火熱處理工藝改進(jìn)

2.1 改進(jìn)齒輪入爐方式及擺放方法

更改齒輪進(jìn)入滲碳爐的裝爐方式，改為斜靠疊放，傾斜角度為45°，該改良方式能有效避免齒輪因其自重發(fā)生的高溫蠕變；并在齒輪上方加蓋隔板，這樣能對(duì)齒輪出爐時(shí)起到保溫作用，且能避免其直接接觸冷空氣。待齒輪滲碳后，淬火時(shí)將齒輪上下端面進(jìn)行反置，雖然淬火時(shí)齒輪出現(xiàn)高溫蠕變是必然現(xiàn)象，但是反置齒輪能在一定程度上抵消滲碳造成的錐度。

2.2 分析齒輪入爐方式及擺放方法改進(jìn)后的形變情況

經(jīng)改進(jìn)擺放方法后，對(duì)齒輪的外徑及公法線進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)變化有所減小，能明顯發(fā)現(xiàn)其滲碳墩粗效應(yīng)有所緩解，但基于爐膛內(nèi)溫度不穩(wěn)定情況及高溫蠕變現(xiàn)象，兩只齒輪產(chǎn)生了一些錐變，在淬火過(guò)程將齒輪進(jìn)行反置后，其錐變現(xiàn)象得到了有效消除，改進(jìn)工藝后生產(chǎn)的四只齒輪中端面跳動(dòng)現(xiàn)象最嚴(yán)重的為0.7mm，淬火后仍有兩只齒輪公法線超差，經(jīng)由控制磨齒工序精磨余量后沒(méi)有殘留黑色氧化皮。且齒輪的滲碳厚度及硬度均符合要求，可見(jiàn)改變齒輪的擺放方法能有效改善齒輪的滲碳情況。

2.3 改善齒輪鍛坯質(zhì)量

齒輪在鍛造過(guò)程中極易出現(xiàn)硬度差異較大、質(zhì)量不平衡等問(wèn)題，會(huì)大大提高之后加工工序的難度，且熱處理變形及加工精度難以控制。針對(duì)此種現(xiàn)象，在下料時(shí)一定要提前對(duì)材料的晶粒度、夾雜物及化學(xué)成分進(jìn)行系統(tǒng)檢查。不同材料、不同爐號(hào)的同種材料經(jīng)滲碳淬火后的變形是不同的，淬透性寬度波動(dòng)越小越便于控制其熱處理的變形。絕大部分齒輪運(yùn)用的是正火處理，正火組織具有細(xì)小、勻稱、等優(yōu)點(diǎn)，有助于控制齒輪熱處理的變形。

2.4 對(duì)齒坯進(jìn)行預(yù)備熱處理

對(duì)齒坯進(jìn)行預(yù)備熱處理是十分有必要的步驟，第一，該步驟能有效降低鍛造應(yīng)力，避免切齒出現(xiàn)的重新分布應(yīng)力而產(chǎn)生的變形問(wèn)題；第二，該步驟能顯著均勻細(xì)化不良組織。需要注意的是一定要確保預(yù)備熱處理的有效性，否則極易破壞其切削性能和加工精度，可見(jiàn)做好齒坯預(yù)備熱處理能有效改善齒輪變形。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在齒輪的加工過(guò)程中各種因素都會(huì)對(duì)齒輪變形造成一定的影響，在不同的條件下，這些因素的主次關(guān)系并不相同，因此，對(duì)預(yù)防熱處理變形這一課題驚醒思考時(shí)，必須根據(jù)具體情況加以考慮、分析，并需要反復(fù)加以實(shí)踐探究才能找到一定的規(guī)律。經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)方式后有效改善了齒輪滲碳淬火熱處理形變引發(fā)的報(bào)廢問(wèn)題，有效降低了成本，效果相對(duì)來(lái)講較為滿意，具備一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳曉鵬，雷建波.齒輪滲碳淬火變形原因及控制措施[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2009，30（05）：58-60.

[2]李愛(ài)花.齒輪滲碳淬火變形及其改進(jìn)措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（29）：171.

[3]楚大鋒.齒輪真空滲碳熱處理變形控制探析[J].汽車工藝與材料，2015（03）：16-20.

[4]陳正國(guó)，郝豐林.影響齒輪熱處理變形的幾個(gè)重要因素[J].金屬加工（熱加工）熱加工，2017（09）：50-52.