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        主動弧齒錐齒輪外螺紋感應(yīng)退火過程改善

        2022-06-21 02:59:36楊鍇鄧航
        金屬加工(熱加工) 2022年4期
        關(guān)鍵詞:樣塊弧齒外螺紋

        楊鍇,鄧航

        東風(fēng)汽車零部件(集團)有限公司刃量具分公司 湖北十堰 442002

        1 序言

        感應(yīng)熱處理以其加熱速度快、效率高、節(jié)能和便于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,在汽車、工程機械等行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用[1]。感應(yīng)退火即是目前比較常見的一種工藝過程分支,本文涉及到的是主動弧齒錐齒輪產(chǎn)品外螺紋退火過程。

        該主動弧齒錐齒輪和突緣叉零件裝配在一起,突緣叉接收到分動箱傳遞的動力并且通過花鍵聯(lián)結(jié)方式將動力再次傳遞給與之相配合的主動弧齒錐齒輪,主動弧齒錐齒輪需要承受2000N·m轉(zhuǎn)矩。

        2 產(chǎn)品原技術(shù)要求及原工藝過程

        主動弧齒錐齒輪原材料是執(zhí)行G B/T 5216—2014《保證淬透性結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的20CrMoH鋼,要求進行滲碳淬火處理,齒部節(jié)圓處成品有效硬化層深度要求達到1.0~1.4mm(550HV),表面硬度達到58~63HRC,心部硬度達到30~40HRC(按照檢測部位位于齒根圓和齒中心軸線的交點處評價),外螺紋硬度不得超過45HRC。另外,最終進行強力噴丸處理,執(zhí)行JB/T 10174—2000《鋼鐵零件強化噴丸的質(zhì)量檢驗方法》,表面覆蓋率不得低于200%,噴丸強度評價為A型阿爾明試片弧高值不得低于0.44mm,而且成品的齒根處殘余壓應(yīng)力指標(biāo)不得低于896.5MPa。

        該產(chǎn)品在分供方新品試制期間,熱處理之前對于外螺紋部位實施防滲處理,起到降低外螺紋硬度的作用。在進行路試時未達到規(guī)定行駛路程的前提下于外螺紋和外花鍵聯(lián)接過渡的R角區(qū)域處出現(xiàn)了異常斷裂。經(jīng)過失效件解剖分析,發(fā)現(xiàn)外螺紋局部位置硬度超過了48HRC。由于防滲環(huán)節(jié)牽扯到了防滲涂料的使用正確與否,以及人、機、料、法、環(huán)中人的因素較多,同時考慮到外螺紋和外花鍵聯(lián)接過渡的R角處是應(yīng)力容易出現(xiàn)集中的區(qū)域,所以經(jīng)過技術(shù)溝通并獲得產(chǎn)品客戶的評審批準(zhǔn)后,對于外螺紋的降硬度工藝過程進行了變更優(yōu)化,從外螺紋防滲后熱處理優(yōu)化為不防滲直接熱處理,然后對外螺紋處實施感應(yīng)退火處理。

        3 產(chǎn)品感應(yīng)退火過程及出現(xiàn)的問題

        分供方擁有的感應(yīng)熱處理設(shè)備為:WZP60型全固態(tài)感應(yīng)加熱設(shè)備,輸入電壓為(380±38)V,振蕩頻率為10~30kHz,水壓為0.15~0.3MPa,水溫為10~45℃。其感應(yīng)作業(yè)過程中的試機調(diào)試狀態(tài)如圖1所示,感應(yīng)圈如圖2所示。

        圖1 外螺紋進入感應(yīng)圈調(diào)試狀態(tài)

        圖2 感應(yīng)圈

        在感應(yīng)退火試制初期出現(xiàn)過兩方面的質(zhì)量問題:一是人工送入需要感應(yīng)退火的外螺紋區(qū)域進入感應(yīng)圈加熱退火,造成退火后硬度指標(biāo)穩(wěn)定性差;二是感應(yīng)加熱參數(shù)未控制好,導(dǎo)致部分工件在感應(yīng)退火后,不僅硬度沒有得到有效降低,反而出現(xiàn)了硬度上升。為此,本廠和分供方一起進行了作業(yè)過程改善。

        4 產(chǎn)品感應(yīng)退火過程優(yōu)化措施

        一是在簡易感應(yīng)定位工裝里增加了一個限位工裝,即采用焊接限位螺栓來確保實現(xiàn)外螺紋伸入位置的有效定位,如圖3所示。將主動弧齒錐齒輪放入工裝內(nèi),其背部端面和工裝的限位螺栓貼緊,主動弧齒錐齒輪的中心和感應(yīng)器的中心必須對齊,主動弧齒錐齒輪的螺紋端部放入到感應(yīng)圈里面的位置(見圖4),并且螺紋端部和感應(yīng)線圈平齊。外花鍵齒部位需要伸入感應(yīng)線圈內(nèi)約8mm的位置。

        圖3 增加限位螺栓定位

        圖4 外螺紋伸入定位

        二是優(yōu)化調(diào)整了工藝參數(shù),保證工作電壓為380V,工作電流為12~30A,總加熱時間固化控制在11s,加熱頻率確定為29kHz。首先用試驗料頭進行加熱試驗檢查驗證過程參數(shù)和硬度測試(見圖5),然后再次采用正式工件啟動踏板開關(guān)起動加熱,需要人工手動緩慢旋轉(zhuǎn)主動弧齒錐齒輪以便保障加熱的均勻一致性。加熱完畢以后,取出主動弧齒錐齒輪進行空冷,待完全冷卻到室溫后,在主動弧齒錐齒輪的螺紋端部對準(zhǔn)軸的中心部位進行線切割,切割的長度及厚度分別為55mm、15mm,如圖6所示。切割好的樣塊實物如圖7所示。將線切割好的樣塊送交金相檢查室,準(zhǔn)備進行硬度檢測。

        圖5 試驗料頭調(diào)試

        圖6 切割尺寸圖樣

        圖7 樣塊實物

        之后采用P-2T型金相式樣拋光機進行拋光、清洗,將樣塊烘干吹風(fēng)干燥后平放在顯微硬度計的檢驗平臺上,調(diào)整位置及焦距后實施檢測。要求對樣塊分別在螺紋5mm、15mm、25mm處且距離螺紋牙牙根0.1mm處各取3點進行硬度檢測,在R角處取一點即距離端部0.1mm處進行硬度檢測,在外花鍵5mm、15mm處且距離外花鍵齒根0.1mm處各取3點進行硬度檢測,如圖8、圖9所示。

        圖8 檢測部位圖樣

        圖9 檢測位置及點數(shù)示意

        每個班次首件檢驗之后,過程中再增加抽檢一件并記錄硬度數(shù)值,結(jié)果見表1、表2。

        表1 首件檢驗指標(biāo)匯總

        表2 中間過程增加抽檢一件檢驗指標(biāo)匯總

        5 產(chǎn)品感應(yīng)退火技術(shù)指標(biāo)確認(rèn)及固化

        根據(jù)以上優(yōu)化結(jié)果,經(jīng)過與客戶作技術(shù)溝通并獲得批準(zhǔn)后,調(diào)整主動弧齒錐齒輪硬度技術(shù)要求為:外螺紋處的硬度為28~42HRC,外花鍵距離端面5~15mm處為評價區(qū)域,其硬度為42~56HRC,而15~25mm為過渡區(qū)域只作參考,如圖10所示。

        圖10 外螺紋和外花鍵過渡區(qū)域技術(shù)指標(biāo)示意

        此道感應(yīng)退火工序結(jié)束之后,再對M22×1.5-6g處全長29m m的外螺紋進行檢驗,并作理牙處理。將板牙套入主動弧齒錐齒輪的螺紋并注意與錐齒輪軸線的垂直度,均勻地旋轉(zhuǎn)板牙,在理牙結(jié)束后,再使用螺紋環(huán)規(guī)檢測螺紋,確保合格件轉(zhuǎn)序。

        以上措施得到固化后,關(guān)于外螺紋和外花鍵聯(lián)接過渡的R角處出現(xiàn)異常斷裂的情況再未發(fā)生,路試試驗通過,目前已經(jīng)實現(xiàn)了批量量產(chǎn)。

        6 結(jié)束語

        對于類似件的感應(yīng)退火熱處理,我公司對于分供方也作了如下建議。

        1)此道工序必須固定操作人員,以保證產(chǎn)品質(zhì)量的合格穩(wěn)定性。

        2)需要注意的是,當(dāng)外界環(huán)境溫度<10℃時,需要將紅熱態(tài)的主動弧齒錐齒輪放入石棉保溫箱里實施緩慢冷卻,防止由于冷卻速度太快導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

        3)需要考慮感應(yīng)設(shè)備的升級換代。目前,感應(yīng)設(shè)備生產(chǎn)效率高,已經(jīng)可實現(xiàn)加熱溫度的預(yù)防控制、報警、高低溫產(chǎn)品自動分離等功能。對電源的運行狀態(tài)及參數(shù)實時監(jiān)控(如淬火能量、電壓、電流、功率、頻率、時間及溫度等),可真正實現(xiàn)實時在線監(jiān)控[2]??扛鼉?yōu)化的設(shè)備來保證大批量產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。

        以上建議目前已經(jīng)被采納并固化在了分供方的作業(yè)文件中,實施后,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,未再出現(xiàn)批量質(zhì)量問題。

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