淺析控制漸開線齒輪熱處理變形的工藝措施

劉忠瑞LIU Zhong-rui

（陜西黃工集團(tuán)齒輪有限責(zé)任公司，咸陽713702）

0 引言

在齒輪的加工過程中，熱處理工藝的編制是非常重要的一個環(huán)節(jié)。盡管齒輪在經(jīng)過熱處理工序之后其綜合性能可得到明顯改善，然而，伴隨著熱處理過程中齒輪的變形卻是難以避免的，致廢的因素隨時存在。因此，為了盡量減少因為齒輪熱處理變形超差造成的不必要損失，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，采用合理措施對齒輪的熱處理變形進(jìn)行最小化控制尤為重要。

1 漸開線齒輪熱處理變形的影響因素

常用漸開線齒輪的主要組成是鋼，而鋼的熱處理過程就是在相變驅(qū)動力地作用下由母相轉(zhuǎn)變?yōu)樾孪嗟倪^程，相變驅(qū)動力的來源最終歸結(jié)于溫度的變化。相變溫度不同，組織轉(zhuǎn)變不同，組織應(yīng)力就不同，另外，溫度的變化也會產(chǎn)生相應(yīng)的熱應(yīng)力，這兩種應(yīng)力的矢量合成力就是熱處理殘余應(yīng)力，其殘存因工件結(jié)構(gòu)位置不同而不同。當(dāng)漸齒輪上的結(jié)構(gòu)薄弱部位在熱處理過程中不能抵抗殘余應(yīng)力的作用時，就會使齒輪發(fā)生局部變形，加之在熱處理過程中，齒輪表面溫度的升降速度大于內(nèi)部，內(nèi)外溫度的梯度化導(dǎo)致了應(yīng)力層次化，這無疑加大了齒輪變形的不規(guī)則性?？傊?，熱處理過程中致使齒輪發(fā)生變形的因素復(fù)雜而多元化，只有認(rèn)真研究和分析這些因素的影響，才能有效改善漸開線齒輪的熱處理變形。

1.1 熱處理工裝和設(shè)備的選擇 漸開線齒輪經(jīng)過嚴(yán)格預(yù)處理之后往往具有良好的塑性，若漸開線齒輪的齒形設(shè)計結(jié)構(gòu)均勻?qū)ΨQ，就能有效分散熱處理過程中齒輪所承受的不均勻應(yīng)力，降低齒輪變形的不規(guī)則程度。齒輪在切削加工中出現(xiàn)的夾持過緊、切削力過大或刀具摩擦力超標(biāo)等現(xiàn)象都會使齒輪表面的殘余應(yīng)力增加，從而導(dǎo)致齒輪在熱處理中的變形量增大，總之，非合理的切削加工對于齒輪的熱處理變形具有一定影響。基于此因，就要求在后序熱處理中有目的地選擇熱處理設(shè)備，針對性地選擇合適的熱處理工裝，最大程度地降低熱處理變形的附加量，為有效控制齒輪的熱處理變形奠定硬件基礎(chǔ)。

1.2 齒輪材料的性質(zhì) 漸開線齒輪的材料不同，熱處理之后所發(fā)生的變形也會不同，即使材料相同，由于熱處理的條件不同，其變形也會出現(xiàn)不同。漸開線齒輪的原材料性質(zhì)不僅影響到漸開線齒輪的使用壽命，而且對齒輪的熱處理工藝具有獨(dú)特要求。由此可見，齒輪原材料的性能也是影響漸開線齒輪熱處理變形的一個重要因素。

1.3 預(yù)熱處理工藝的影響 預(yù)熱處理的主要作用是細(xì)化材料中的晶粒，進(jìn)一步消除原材料中的殘余應(yīng)力，對控制最終熱處理變形具有一定的積極作用。但是，預(yù)熱處理工序中工件的冷卻速度往往不是很穩(wěn)定，齒輪表面溫度與內(nèi)部溫度的降低不同步，內(nèi)部降低速度較緩，極易導(dǎo)致齒輪內(nèi)部晶粒粗大、晶粒形狀超標(biāo)、組織分布不均等現(xiàn)象發(fā)生，其勢必對最終熱處理變形造成不利的影響。

1.4 熱處理工藝規(guī)程 熱處理工藝規(guī)程是熱處理工序的作業(yè)指導(dǎo)書，是決定熱處理質(zhì)量和熱處理變形的重要因素。所以，熱處理規(guī)程的編制及實施是直接關(guān)系到齒輪熱處理質(zhì)量和控制熱處理變形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要求其具有科學(xué)性、針對性、目的性和可操作性，要在確保熱處理內(nèi)在質(zhì)量的前提下，通過工藝的嚴(yán)格實施，最大程度地減小熱處理變形對齒輪幾何精度的影響。

2 改進(jìn)漸開線齒輪熱處理變形的措施

為了有效地控制和減少熱處理變形，保證熱處理的過程效果，可以運(yùn)用統(tǒng)計工具對每個齒輪熱處理過程的變形情況進(jìn)行測量統(tǒng)計，對整體情況進(jìn)行分析，將統(tǒng)計數(shù)據(jù)和齒輪熱處理效果進(jìn)行比較，尋找熱處理過程中產(chǎn)生不合格品的原因，總結(jié)出需要改進(jìn)的方面，從而提升產(chǎn)品的熱處理質(zhì)量。要結(jié)合影響漸開線齒輪發(fā)生熱處理變形的因素，深入到齒輪熱處理的整個環(huán)節(jié)與過程，采取相應(yīng)的措施嚴(yán)格控制齒輪的熱處理變形，進(jìn)而確保齒輪的整體質(zhì)量?；跐u開線齒輪的熱處理變形控制涉及到齒輪設(shè)計、原材料選擇、齒輪切削工藝以及熱處理工藝等諸因素，據(jù)此，建議采取以下幾點改進(jìn)措施。

2.1 加強(qiáng)對齒輪加工過程的管控 在漸開線齒輪的熱處理過程中，要強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量的控制指標(biāo)，嚴(yán)格以漸開線齒輪技術(shù)要求為主要依據(jù)，力保齒輪幾何精度的穩(wěn)定性為原則，著重?zé)崽幚淼倪^程控制。在齒輪進(jìn)行切削加工時，要盡量避免設(shè)備加工狀態(tài)的不穩(wěn)定性對齒輪產(chǎn)生的影響，選擇合適的刀具，嚴(yán)格控制工件的夾力度、刀具的切削用量和切削速度等切削參數(shù)，降低切削應(yīng)力，以減小其對后序熱處理變形造成的附加量。

2.2 改善齒輪鍛件質(zhì)量 漸開線齒輪鍛造過程中工藝穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)硬度偏差過大組織不均的現(xiàn)象，直接影響齒輪鍛坯的質(zhì)量。因為齒輪鍛件的質(zhì)量不僅影響切削加工性能和精度，增加加工成本，而且最重要的會使熱處理變形處于難以控制的境地。盡管采用預(yù)先正火處理可以消除一部分影響，但其效果有限，還得有合格的鍛件作基礎(chǔ)保障。鍛造時，要在有效加熱區(qū)對料坯進(jìn)行合理排放，謹(jǐn)防不規(guī)則堆積造成鍛坯加熱溫度不均而出現(xiàn)過熱過冷現(xiàn)象，以免產(chǎn)生鍛件組織的晶粒度超標(biāo)、晶粒形狀不佳、分布不勻、應(yīng)力過大等鍛造缺陷，所以，要嚴(yán)格控制鍛造工藝的實施過程，確保鍛件的質(zhì)量。

2.3 合理選擇冷卻介質(zhì) 熱處理工藝過程離不開冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)是熱處理過程中不可或缺的重要組成部分，是實現(xiàn)淬火等熱處理工藝過程的一項重要保證。冷卻劑的化學(xué)指標(biāo)、物理性能及工作溫度等因素對熱處理變形量影響很大。若一味地追求冷卻劑的冷卻速度，無疑會使殘余應(yīng)力增加，導(dǎo)致齒輪的變形量增大。隨著各類冷卻介質(zhì)的研發(fā)和推廣，冷卻劑的選擇范圍隨之寬泛，但選取冷卻劑絕不能隨意，要必須結(jié)合齒輪的技術(shù)要求、原材料的綜合性能、切削加工工藝等具體情況，以前期試驗作支撐，綜合考慮后方可選定。

3 結(jié)語

熱處理工藝過程控制不僅決定著漸開線齒輪的許多重要性能，而且還直接影響齒輪的使用壽命，是漸開線齒輪加中一個非常重要的環(huán)節(jié)。要提高漸開線齒輪的性能，除了保證原材料的質(zhì)量和切削加工質(zhì)量之外，還必須注重提升熱處理工藝過程的質(zhì)量和效果，要不斷地探索創(chuàng)新，優(yōu)化漸開線齒輪的熱處理工藝，才能確保其熱處理變形處于可控范圍之內(nèi)。隨著熱處理技術(shù)的不斷發(fā)展，漸開線齒輪熱處理工藝也隨之改進(jìn)和完善，熱處理的可靠性將不斷得到提高，殘余應(yīng)力的影響得到有效控制，熱處理變形程度相應(yīng)減小，齒輪類傳動件的制造精度將得到穩(wěn)步提升。伴隨計算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，漸開線齒輪的規(guī)模化生產(chǎn)逐步集約化，計算機(jī)模擬控制熱處理工藝的推廣運(yùn)用使得漸開線齒輪熱處理質(zhì)量更加穩(wěn)定性和可靠性，注重節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代化熱處理過程將促使?jié)u開線齒輪的熱處理質(zhì)量不斷提升和改善。

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