渗碳淬火齿轮变形的探讨【华体会在线登录网址】

本文摘要:渗碳淬火齿轮应用广泛,但渗碳淬火时齿轮变形也是一种常见现象。

渗碳淬火齿轮应用广泛,但渗碳淬火时齿轮变形也是一种常见现象。齿轮热处理变形的原因很多,如材料、齿轮几何形状、冷热加工工艺等。

针对这些原因,结合生产实践,提出了减少渗碳淬火齿轮变形的措施。对于不能阻止变形的齿轮,可以通过预留加工余量来补偿齿轮的变形。现代工业的发展对齿轮传动精度的要求越来越高,不仅要求承载能力高、使用寿命长、安静可靠,还要求体积小、重量轻、传动平稳、噪音低,这一点在近年来蓬勃发展的风力发电机齿轮箱中得到了体现。只有渗碳、淬火、磨削的齿轮才能满足上述要求。

然而,渗碳淬火变形一直是我国齿轮生产中难以克服的难题。渗碳淬火变形不仅影响齿轮的精度,还影响齿轮的强度。

一般渗碳淬火齿轮为了保持齿根的残余应力,只磨削有效齿面,不磨削齿根的过渡曲线部。然而,由于热处理惩罚的不对称变形,在磨削一部分齿轮齿后,在有效齿面和齿根过渡曲线部之间形成磨削台阶。一方面,磨削台阶缩短了渐开线齿轮齿长,降低了重合度系数,增加了啮合冲击,影响了传动质量(振动和噪声)。

另一方面,由于台阶处圆角较小,应力集中可能非常严重,磨削过程中砂轮边缘的高温可能会降低台阶处的硬度和强度。因此,带有“台阶”的齿轮往往先在台阶处产生疲劳裂纹,然后逐渐膨胀,导致轮齿断裂。

因此,减少渗碳淬火变形已成为齿轮热处理生产中亟待解决的技术问题。1.热处理惩罚应力与变形工件加热冷却时,一方面是内外有一定的温差造成比容差,同时相变也会造成外观和内心不同时的比容差,这是热处理惩罚应力产生的根本原因。工件内外温差产生的内应力称为热应力,工件内外温差产生的内应力称为组织应力。

而热处理惩罚后工件的残余应力是热应力和组织应力的叠加效应。热处理惩罚引起的畸变一般可分为三种:体积变化、形状对称变化和畸变。体积变化是指形状稳定,通常只有当各个部门的大小有相同的膨胀和收缩时。

形状对称性的变化是把对称性的大小变化划分在差异的偏差上;扭曲是不对称的形状变化。图1示意性地显示了三种类型的形状变化。图1热处理惩罚变形类型示意图(一)体积变化;形状的对称变化;失真2。

齿轮热处理畸变的影响因素齿轮热处理畸变也与加工密切相关。加工应力发生在金属中,特别是由于切削工艺不当、刀具钝等因素,会造成较大的应力状态,因此其变形趋势也不同。

热处理惩罚后的插齿、滚齿、挤齿三种工艺加工的齿轮的齿向精度列于表1,进一步证实了加工应力对齿轮热处理惩罚变形的影响。表1最大齿向误差/mm齿轮热处理惩罚差速加工齿轮的变形涉及从设计到制造的全过程,影响因素众多且巨大。

零件的结构(形状、尺寸)是影响变形的重要因素。截面尺寸是否对称,内孔与外径的尺寸比都影响应力的性质、细度和扩散。

一般来说,形状简单,对称
3.齿轮热处理惩罚变形并保留加工余量。通过质量控制措施将齿轮变形颠簸到一定程度后,就可以在齿轮生产中实施热处理惩罚前的加工尺寸调整,即保留加工余量。

掌握热处理惩罚变形规律,并在热处理惩罚前调整齿轮的加工尺寸,以补偿热处理惩罚变形,是齿轮批量生产的常用方法。在生产中,50档齿轮经常在一定条件下受到冷加工和热处理的惩罚。测量热处理惩罚前后齿轮的几何参数后,对其数据进行统计处理惩罚,然后根据变形规律移动公差带的位置,根据以下公式确定热处理惩罚前的加工尺寸公差:x=y-z (1): x为热处理惩罚前某些参数的上限值;y为齿轮产品公差上限;z是热处理惩罚可能导致的最大尺寸变化。

或者X1=Y1-Z1(2),其中X1为热处理惩罚前一些参数的下限值;Y1是齿轮产品公差的下限;Z1是热处理惩罚可能导致的最小尺寸变化。通过从公式(2)中减去公式(1),产品齿轮的公差范围是热处理惩罚前齿轮的公差范围加上热处理惩罚变形的公差范围。

4.消除齿轮热处理处罚失真的措施齿轮热处理处罚失真难以控制的原因是影响失真的因素太多,这些因素也具有以下特点:(1)涉及技术多学科;(2)生产涉及多个工序;(3)治理涉及多个部门和环节;(4)在解决失真的措施上,要兼顾技术和生产成本。正是因为影响扭曲的因素太多,所以人们往往不知所措。然而,大量的生产实践表明,客观上存在一些有效的、可操作的宏观调控方法或途径。

例如,近年来,中国齿轮行业通过接受保证淬透性钢、控制淬透性带宽和坯料等温正火等方法,在减少齿轮热处理惩罚畸变方面取得了显著成效。通常可以用“微观分析与宏观控制”的概念和“质量平衡-相变逼近”和“传热对称-减小温差”的原理来控制齿轮的变形。钢的冶金因素,如晶粒度、非金属夹杂物、带状组织、淬透性等。都对齿轮变形有影响,其中钢的淬透性影响最大。

钢的淬透性越低,齿轮淬火变形越小。因此,对于许多渗碳齿轮,为了解决变形问题,通常采用将芯部硬度降低到30HRC以下的措施。

但是考虑到齿轮的强度,芯的硬度不能太低。事实上,许多齿轮疲劳失效的重要原因之一是芯部硬度低,因此这已经成为齿轮生产中的一个主要矛盾。

为了确定齿轮强度和热处理,惩罚变形和要求齿轮核心的硬度的矛盾,合理限制钢材淬透性是最佳的措施。5、控制齿轮畸变的建议曾有外洋文献列出了影响热处置惩罚畸变的26种因素、77个子因子,这应当是事实。另外,曾有海内某企业仅仅因为打印记就引起工件变形的实例。由此可见,要从微观的角度一一对应对所有的影响因素是何等难题。

如上所述,齿轮的热处置惩罚畸变由于影响因素太多,要详细确定哪种是主要因素十分难题。然而可以接纳某些宏观的控制方法,好比钢材的淬透性、齿坯的等温正火预备热处置惩罚、压床淬火等,以抑制某些微观的潜在因素的影响,从而减小畸变。

齿轮受热和冷却不匀称,温度漫衍不平衡便会发生翘曲、椭圆、扭曲。如果接纳下列措施:在加热历程中接纳预热、门路升温等方法;对于结构形状庞大的齿轮接纳赔偿垫块、垫圈、芯轴;淬火冷却中接纳硝盐、热油实施等温淬火等,就可以使齿轮在加热中的受热及冷却中的散热比力匀称,减小齿轮心、表及各部位的温度差,从而减小畸变。

从宏观控制宁静衡的理念出发,对于齿轮热处置惩罚畸变的控制提出以下建议:(1)全面接纳保证淬透性钢,凭据齿轮种别接纳差别的淬透性带宽;(2)齿轮毛坯的预备热处置惩罚尽可能接纳等温正火,或能保证到达组织和硬度匀称的其他热处置惩罚工艺;(3)不应忽视齿轮的渗碳加热,接纳合理装夹,加热时接纳预热、门路升温,有条件可在去应力退火后带温装入渗碳炉升温,以只管减小齿轮各部位在加热时的温差;(4)淬火是引起齿轮畸变的重要环节。接纳合适的夹具、合理摆放,凭据齿轮结构形状接纳种种平衡赔偿垫块、垫圈及芯轴,只管热油淬火或接纳硝盐等温淬火,目的在于尽可能地使齿轮各部位冷却匀称;(5)对于批量生产的汽车后桥锥齿轮及薄壁齿套,只管接纳压床淬火;(6)齿轮结构形状尽可能对称、平衡。以上这些宏观控制畸变的措施技术上并无创新,然而,接纳这些措施可以改善齿轮加热及冷却的匀称性,从而减小齿轮在受热和冷却历程中的温度漫衍差异,减小齿轮组织和硬度的差异,一定会减小齿轮的畸变。

6、通过正交试验优化热处置惩罚工艺对20CrMo钢齿轮井式渗碳炉滴注式碳氮共渗,可以通过正交试验来优化工艺参数,以减小热处置惩罚畸变。正交试验因素和水平见表3,试验方案和效果见表4。表3 正交试验因素和水平表4 正交试验方案和效果本试验系四因素三水平的试验,所以选用L9(34)正交表,将A、B、C、D四因素放在表头的前四列,盘算各因素的T1、M1和R值,确定优水平,划分填入表4各栏内。

从以上试验效果可以看出,首先是5号试验效果最好,水平组合为A2B2C3D1。此外还获得一个优水平组A2B2C2D2。

各因素按影响作用极差R巨细顺序为:A—B—C—D因素A碳氮共渗温度取差别水平时,对20CrMo钢齿轮井式渗碳炉滴注式碳氮共渗随后直接淬火质量的影响最大,在生产历程中应严格控制在870℃的水平上。在上述试验的基础上,再按优水平工艺方案:870qC碳氮共渗,830℃保温30min后140℃热油淬火,效果获得20CrMo钢齿轮热处置惩罚后的一次性及格率高达99.8%,于是确定用A2B2C2D2的工艺举行生产。7、竣事语本文联合生产实践,探讨了渗碳淬火齿轮的畸变及其预防措施。

影响齿轮热处置惩罚畸变的因素多种多样,及其庞大。从表象看,齿轮的畸变是发生于热处置惩罚工序,但如上所述,热处置惩罚并非是导致齿轮畸变的唯一因素,还与齿轮的材质、结构形状、机加工工艺和铸造工艺等诸多因素有关。要解决齿轮的热处置惩罚畸变问题,必须通过设计人员、质料事情者、冷热加工工艺人员等的协同努力,否则必将事倍功半。

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