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薄壁齒輪在滲碳淬火過程中,通常會出現平面翹曲、橢圓變形,磨齒時由于齒面余量分配不均,導致齒面黑皮及磨削臺階;造成左右齒面硬化層不均、表面硬度下降,嚴重時導致齒輪報廢。為了解決這一問題,本文設計了水平裝爐與懸掛裝爐兩種方式,下文對滲碳淬火過程及變形數據進行了詳述。

1.工藝方法和過程

(1)齒輪參數  某齒輪產品參數如表1所示,簡圖如圖1所示。

表1 齒輪參數

圖1 齒輪簡圖

(2)熱處理裝爐方式

裝爐方式一:水平放置,如圖2所示。

圖2 水平放置示意

裝爐方式二:垂直懸掛放置,如圖3、圖4所示。

圖3 垂直懸掛示意 

圖4  其他爐次垂直懸掛實物

(3)熱處理工藝曲線

如圖5所示,設備使用AICHELIN 5/2A 箱式爐。

圖5 熱處理工藝曲線

3.結果與分析

(1)金相、硬度梯度、表面硬度均合格

金相組織形態按照JB/T6141.3及GB/T3480.5 進行判斷如表 2所示。

表2  金相組織

(2)硬度梯度

如圖6所示,層深DC=1.219mm/HV550。

圖6  硬度梯度

(3)變形數據及磨齒情況

齒輪變形數據如表3所示。

表3  水平與懸掛放置滲碳淬火后節圓、端面跳動對比    

水平放置零件由于翹曲變形,齒形、齒向、節圓跳動過大,引起磨齒余量分配出現負值,磨削后部分齒面留有黑皮,部分齒面磨削臺階十分明顯,最終報廢;懸掛放置齒輪變形小,磨齒余量分配均勻,磨削后無黑皮,無臺階。

(4)結果分析

水平放置由于齒輪邊緣懸空,滲碳過程輪緣自重引起蠕變,淬火瞬時,觸油截面積大,且下端面較上端面先入油;由于瞬時兩端面熱應力及相變應力不平衡,導致上端面凸起,齒輪翹曲過大;反觀懸掛放置,滲碳也存在高溫蠕變,但齒輪輪緣不承受較大彎矩,同時淬火時兩個端面平行入油,入油截面小,相變應力及熱應力平衡對稱,齒輪端面跳動及節圓跳動小于水平放置。

4.應用擴展

根據上述齒輪變形的原因分析,對于直徑1140mm的齒輪也進行了懸掛裝爐,也取得了十分良好的效果,齒輪參數如表4所示,裝爐如圖7所示,變形數據如表5所示。

表4   齒輪參數                                

圖7  裝爐圖片

表5  4件齒輪端面、節圓跳動數據

5.結語

(1)對于Φ600mm×80mm的薄壁齒輪通過懸掛裝爐使得滲碳淬火齒輪節圓跳動從平均0.34mm減小至0.04mm;端面平均跳動從1.06mm減小至0.15mm。

(2)對于Φ1140mm×120mm的薄壁齒輪通過懸掛裝爐使得滲碳淬火齒輪節圓跳動控制在0.07mm以內;端面跳動控制在0.40mm以下。

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作者:李小末,朱百智 

單位:南京高速齒輪制造有限公司 

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