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轴承知识

大直径薄壁型齿圈渗碳公法线尺寸变化规律摸索

发布时间:2019-10-18

胡东辉
(杭州前进齿轮箱集团股份有限公司)
  摘 要:对于大直径薄壁型齿圈而言,热处理渗碳淬硬后的变形是至关重要的质量控制指标。通过对热处理渗碳前、后的齿轮公法线尺寸测量,大致掌握了该类型零件热处理前后的公法线尺寸变化趋势,解决了此类零件热处理滚齿预留磨量的问题,并服务生产。
  关键词:齿轮公法线;尺寸测量;薄壁型;大直径;变化规律;渗碳;齿圈;质量控制指标
  因生产需要,热处理厂逐渐引进了能处理大直径齿圈的热处理渗碳设备。由于此类零件大多属于关键件,尺寸等要求比较严格,因而热处理的渗碳淬硬过程中,对零件的尺寸的变化控制至关重要。与此同时,此类型零件往往层深较深,在零件形状单薄条件下,非常容易造成零件变形严重。为服务生产,更好的解决在渗碳后零件尺寸要求,故对该类型零件渗碳后公法线变形进行工艺摸索。
  1.热处理的工艺以及零件的数据
  采用4种不同直径的齿圈零件,经过不同的渗碳淬硬工艺,对比热处理前后齿轮的公法线变动,从而测出零件的大致尺寸变化。
  (1)试验工艺与设备
  由于零件较大,采用φ2500mm×2000mm爱协林井式渗碳炉,平装零件,垫平,除齿部外其余均匀涂防渗剂,并采用图1所示的热处理工艺。

图1 热处理工艺曲线
  (2)数据分析
  图2~图5为参与试验的零件,表1为相应零件的具体数据和采用的工艺。对4种不同的零件,通过进行渗碳淬硬,测量热处理后的公法线尺寸,对比热处理前的公法线尺寸,具体数据如表2所示。


  根据W热后-W滚齿=热处理后公法线的涨量计算出各齿圈的尺寸变化(见表3和图6),可以发现对于此类型零件变形量基本都在0.5mm以上,甚至个别超过0.8mm。对于个别零件因壁更单薄,如齿圈4所示齿圈,公法线变动从0.46~0.72mm之间,使整个零件的公法线变化很大。

  2.变形原因分析
  零件虽然采用两种热处理工艺,但零件变形趋势一致,均涨大了0.5~0.8mm。
  零件经过热处理后,产生热应力和组织应力,并且热应力和组织应力都会使淬火的工件形状发生变化(形状畸变)。在热应力方面,零件虽然缩小,但同时,在冷却过程中,零件发生组织转变,即奥氏体向马氏体转变过程后,比容变大(马氏体的比容比奥氏体大),从而使零件直径尺寸增大。
  在热应力中,由于表层和心部冷却速度不一致,形成温差。表面骤冷时,体积缩小较小;当表面冷却后,心部发生只冷却,体积却不能自由进行,从而使零件经热胀冷缩后,体积增大。这种体积增大现象受冷却速度、材料成分和热处理工艺等影响,当冷却速度增大,零件碳含量越高和合金成分越高时,体积变化越明显。
  另外,受到其他因素影响,局部受力不均,造成翘曲,在同一齿形成锥度,导致整个零件的平面发生翘曲。
  3.结语
  (1)热处理的热应力和组织应力无法避免,但是可以合理利用存在的变形,在冷加工滚齿时,适当减少磨量,弥补热处理涨量。
  (2)此类型零件的公法线涨量一般在0.5~0.8mm。
来源:《金属加工(热加工)》2015年19期
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