齒輪加工中對(duì)鍛造及熱處理的要求

南玲

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摘要：隨著各種機(jī)械產(chǎn)品對(duì)齒輪零件綜合性能及品質(zhì)要求的不斷提高，齒輪熱處理技術(shù)得到了相應(yīng)的發(fā)展。所以，了解國(guó)內(nèi)外齒輪熱處理工藝的發(fā)展動(dòng)態(tài)，分析研究現(xiàn)有的齒輪熱處理方法的缺點(diǎn)及改進(jìn)方法十分重要，對(duì)減少齒輪熱處理的變形、提高齒輪制造精度、使用性能有著十分重要的意義。下面就對(duì)齒輪加工中的鍛造及熱處理進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：齒輪加工；鍛造；熱處理

1 前言

本文主要對(duì)齒輪加工熱處理技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，探討了齒輪加工中對(duì)鍛造及熱處理要求，希望可供相關(guān)從業(yè)者參考。

2 齒輪材料與熱處理方法概述

齒輪因其在眾多機(jī)械機(jī)構(gòu)中的工作條件不同，對(duì)其性能要求也有較大差別。對(duì)高轉(zhuǎn)速、重載荷、需承受沖擊及高精度的齒輪，多采用滲碳鋼經(jīng)滲碳、淬火及低溫回火熱處理工藝，表層金相組織為高碳回火馬氏體，硬度高、耐磨性好，芯部為低碳馬氏體組織，韌性強(qiáng)、不易發(fā)生金屬疲勞；滲碳鋼20CrMnTi經(jīng)上述處理后，表面硬度可達(dá)58～62HRC，芯部硬度可達(dá)30～45HRC。對(duì)于承受中等工況的齒輪，多采用調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和高頻感應(yīng)淬火熱處理，其齒部抗疲勞性能較好，但耐磨性和硬度比滲碳鋼稍弱。對(duì)低轉(zhuǎn)速、輕載荷的齒輪，可使用球墨鑄鐵材質(zhì)，采用正火或等溫淬火熱處理。

淬火工藝的發(fā)展對(duì)提高齒輪性能起到了重要作用，感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)及設(shè)備因加熱速度極快、生產(chǎn)效率高，變形小，淬硬層深，淬火后齒面表層低脆性、高疲勞強(qiáng)度，工件表面不易氧化脫碳，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前在我國(guó)的齒輪生產(chǎn)中已廣泛使用。

3 齒輪加工中對(duì)鍛造及熱處理的要求

齒輪類(lèi)零件是減速機(jī)的重要組成部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響減速機(jī)的使用壽命和安全生產(chǎn)。齒輪加工機(jī)床出現(xiàn)和使用以后，嚴(yán)重影響和制約齒輪加工質(zhì)量的瓶頸出現(xiàn)在毛坯鍛造工藝和熱處理工藝，其中尤以熱處理工藝為重。齒坯鍛造環(huán)節(jié)，由于工藝執(zhí)行不嚴(yán)格，容易出現(xiàn)內(nèi)部裂紋，在機(jī)械加工過(guò)程中不易被發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)，往往工件處于成品或半成品時(shí)在內(nèi)應(yīng)力的作用下由內(nèi)部裂開(kāi)造成廢品，產(chǎn)生質(zhì)量事故，此類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格注意。熱處理過(guò)程，齒輪類(lèi)零件一般要進(jìn)行兩次以上的熱處理。對(duì)齒坯進(jìn)行熱處理的主要目的是消除熱鍛齒坯造成的內(nèi)應(yīng)力，改善齒坯在加工前的金相組織和可加工性，從而提高生產(chǎn)率，節(jié)約刀具費(fèi)用，提高機(jī)床使用率，減少和防止機(jī)械加工中或在迸行熱處理時(shí)的變形。齒形加工后進(jìn)行熱處理的目的，主要是提高輪齒工作面的硬度、工作強(qiáng)度及耐磨性。在此熱處理工藝過(guò)程中齒輪類(lèi)零件極易產(chǎn)生變形，需要精心操作，細(xì)心摸索規(guī)律，嚴(yán)格控制淬火時(shí)的升溫時(shí)間、保溫時(shí)間、工件大小和在爐內(nèi)的放置方式，盡量減少工件在此過(guò)程中的變形量。對(duì)圓柱齒輪來(lái)說(shuō)，如果變形量過(guò)大，在齒面精加工過(guò)程中，存在單側(cè)輪齒磨不出來(lái)而發(fā)生廢品?；蚴驱X形齒向在精磨中發(fā)生改變，使得接觸區(qū)偏向一邊，影響接觸區(qū)位置，達(dá)不到要求。錐齒輪在熱處理過(guò)程中要求高，但是熱后變形也最大。最終熱處理后，齒輪軸的變形是軸體與軸頭的中心偏差，齒輪的變形是整體弓變，在硬齒面刮削過(guò)程中出現(xiàn)凸凹面，少數(shù)輪齒一面提前進(jìn)入切削，另一面切削到齒厚時(shí)還有黑皮，達(dá)不到要求，齒面沒(méi)有完全切成。提前進(jìn)入切削的少數(shù)齒面的滲碳層此時(shí)已經(jīng)被切薄，甚至被切掉，使得輪齒失去硬度和強(qiáng)度，表面看起來(lái)挺好，可是在實(shí)際裝箱使用時(shí)壽命大幅減少。在齒輪類(lèi)工件的生產(chǎn)過(guò)程中，扶齒坯料的鍛造，到粗加工后的熱處理以及精加工后的熱處理，都要嚴(yán)格執(zhí)行各工序的工藝流程，減少?gòu)U品，節(jié)約成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量是非常關(guān)鍵的。

4 齒輪熱處理變形和改進(jìn)方法

由于齒輪熱處理變形的原因非常復(fù)雜，會(huì)受到冷、熱加工當(dāng)中很多因素的綜合影響，比如：裝爐方式、淬火介質(zhì)冷卻速率、材料淬透性、淬火過(guò)程的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力、預(yù)先熱處理及機(jī)械加工殘余應(yīng)力等多種因素都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生綜合影響，所以必須全面考慮冷、熱加工全過(guò)程當(dāng)中的各種因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)，注意各種不利因素之間的相互作用，以上對(duì)于減少齒輪熱處理變形非常關(guān)鍵。例如：齒輪輪轂上的減重孔位置如果分布不合理，就會(huì)對(duì)齒部淬火變形量產(chǎn)生影響；而一批里的每個(gè)齒輪加工時(shí)，機(jī)床調(diào)整、刀具磨損及切削參數(shù)等都存在變化，因此各件的切削應(yīng)力差異明顯；滲碳時(shí)每爐零件的表面碳濃度、滲層深度的波動(dòng)，會(huì)造成變形沒(méi)有規(guī)律。

控制齒輪滲碳淬火熱處理變形的重要因素是表層碳濃度和滲碳層深度以及淬火溫度與淬火介質(zhì)的冷卻速度，滲碳深度和碳濃度會(huì)對(duì)滲層組織膨脹系數(shù)產(chǎn)生影響，而淬火條件將決定齒輪的金相組織、機(jī)械性能及變形量是否滿(mǎn)足要求；同時(shí)鋼材特性對(duì)熱處理過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生重要影響，利用窄淬透性帶的鋼材使淬火后殘余奧氏體量降到低水平并對(duì)滲碳層深度進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，能夠?qū)⒘慵冃慰刂圃谳^小且有規(guī)律的狀態(tài)，并能在滲碳層上實(shí)現(xiàn)最佳的殘余壓應(yīng)力分布。影響齒輪孔縮的主要因素是淬火溫度，滲碳溫度及淬火溫度越高，花鍵孔的收縮量越大，但淬火溫度又不能過(guò)低，否則會(huì)產(chǎn)生非馬氏體組織影響性能。通過(guò)選擇正確的淬火溫度、分級(jí)溫度和時(shí)間以及合理的淬火劑（如低溫鹽浴、堿溶或油浴等介質(zhì)），采用分級(jí)淬火可有效減少零件變形；而更新的計(jì)算機(jī)控制噴霧冷卻方式，可在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)零件指定部位完成淬火，與常規(guī)淬火介質(zhì)相比，更容易得到較為理想的冷卻速度。

5 結(jié)束語(yǔ)：

總之，我國(guó)的齒輪制造熱處理技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累及探索，齒輪產(chǎn)品性能已基本滿(mǎn)足各種機(jī)械設(shè)備的使用要求。但是我們還應(yīng)不斷的加強(qiáng)對(duì)其的自主創(chuàng)新，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展。

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