CN101838730B - 对渗碳后变形为椭圆齿圈的反变形校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对渗碳后变形为椭圆齿圈的反变形校正方法，将渗碳后发生椭圆变形齿圈每间隔30°测量一次齿顶圆直径，所测齿顶圆直径的差值就是齿圈发生椭圆变形的长轴与短轴，然后在短轴分布区域的齿圈内端面两侧用铁丝捆绑一层保温棉，铁丝捆绑保温棉的松紧程度应适中，其余齿圈及外齿部位处于裸露状态。椭圆齿圈在淬火时以60℃/h的升温速率加热至810℃保温4小时，因其短轴分布区域覆盖有保温棉，覆盖有保温棉的短轴分布区域其加热速率小于未覆盖有保温棉的长轴分布区域，而在淬火油冷过程中齿圈短轴分布区域的冷却速度小于长轴分布区域，这样就相应减小了齿圈齿顶圆直径不同分布区域所产生的差值，从而达到椭圆齿圈的反变形校正。
Description
技术领域
本发明属于热处理技术领域，特别涉及到一种对渗碳后变形为椭圆齿圈的反变形校正方法。
背景技术
渗碳齿圈是减速器的重要部件之一，在热处理过程中容易发生变形，精度难以保证。
齿圈完成粗滚齿后的下道工序是渗碳处理，在渗碳处理过程中，大致发生两种变形：椭圆和平面翘曲。
平面翘曲是指齿圈的端面不处在一个水平面上。发生平面翘曲可以通过装炉时仔细平稳支垫等措施来预防。
椭圆变形是指齿圈在应力作用下朝着某一方向膨胀，而相反方向出现收缩，造成齿顶圆直径大小不等，存在膨胀处直径变大而收缩处直径变小的情况。齿圈发生椭圆变形时齿顶圆直径的最大值称为长轴，其最小值称为短轴。
齿圈在渗碳过程中产生椭圆变形的影响因素有很多，如成分偏析、铸造和锻造应力在正火过程中消除的不充分、正火后冷速过大造成的热应力、组织转变的组织应力、冷加工开齿产生的应力不均、热处理炉温度的均匀性和渗碳过程中的过程控制等等。这些诸多因素造成齿圈在整个工艺流程过程中，特别是渗碳处理后，齿圈变形更不确定，从而造成齿圈淬火后，椭圆变形趋势更加明显。
渗碳后变形为椭圆的齿圈在淬火处理时更可能加剧齿圈的椭圆变形，这给后序的精车加工带来极大难度，直至造成齿圈的加工报废，因此在渗碳后和淬火前通常需要增加一道工装辅助校正工序，工装辅助校正工序方法大致如下：
1、淬火后测量齿圈齿顶圆尺寸，确定齿圈的长轴与短轴；
2、根据齿圈内孔直径与精车余量，制作校正齿圈的工装；
3、将椭圆变形的齿圈放在电炉中加热至650℃保温一段时间后，将其吊出放在平台上，把事先制作好的工装嵌入齿圈内孔。回火冷却过程中，根据热胀冷缩原理，齿圈原短轴区的内孔受到工装的抵制无法收缩，而原长轴区的内孔则收缩至与工装的外径一般大小，齿圈内孔和工装紧密接触，从而达到齿圈校正目的；
4、或将齿圈和工装同时加热淬火
在淬火加热过程中，齿圈和工装都涨大，因其膨胀系数不同造成齿圈比工装长大得多，这样工装将脱离工件，此时工装无法起到支撑齿圈内孔的作用，齿圈有可能再次变形，因此一般不采用该方法。
上述工装辅助校正法的制作工装成本较高，操作难度大，效果不理想，成功率较低。
发明内容
针对齿圈渗碳后易发生椭圆变形，本发明提供了一种对渗碳后变形为椭圆齿圈的反变形校正方法，该反变形校正方法是将渗碳后椭圆变形齿圈在淬火处理过程进行，无需制作工装，节约制作成本，具有成功率高，经济效益显著。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
所述的对渗碳后变形为椭圆齿圈的反变形校正方法是将渗碳后发生椭圆变形齿圈每间隔30°测量一次齿顶圆直径，在180°内测量六次即能测出齿顶圆直径的差值，这个差值就是齿圈发生椭圆变形的长轴与短轴，然后在最大值处和最小值处附近再仔细测量确定出齿圈的长轴和短轴分布区域，在短轴分布区域的齿圈内端面两侧用铁丝捆绑一层保温棉，当长轴和短轴的差值＜3mm时，保温棉的厚度控制在15mm内，当长轴和短轴的差值≥3mm，保温棉的厚度≥15mm上，铁丝捆绑保温棉的松紧程度应适中，捆绑太紧造成淬火时撑断铁丝，捆绑太松造成淬火时保温棉脱落，其余齿圈及外齿部位处于裸露状态；椭圆齿圈在淬火处理时应以60℃/h的升温速率加热至810℃时保温4小时；因其短轴分布区域覆盖有保温棉，覆盖有保温棉的短轴分布区域其加热速率小于未覆盖有保温棉的长轴分布区域，随着淬火处理时间的延长，齿圈各部位淬火温度趋于一致，因而在短轴分布区域和长轴分布区域发生的膨胀量差异不大，而在淬火油冷过程中，齿圈短轴分布区域的冷却速度小于长轴分布区域，也就是说短轴分布区域的冷缩量小于长轴分布区域的冷缩量，这样就相应减小了齿圈齿顶圆直径不同分布区域所产生的差值，从而达到椭圆齿圈的反变形校正；齿圈油冷约两小时后及时回火两次以消除齿圈淬火产生的应力，回火温度控制在180℃，经淬火处理的齿圈椭圆度差值能控制在0～1mm内，齿圈齿面硬度达57～61HRC。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
1、反变形校正方法的原理是在淬火过程中控制椭圆齿圈的长轴与短轴分布区域的加热和冷却速度，从而控制椭圆齿圈的膨胀量，使椭圆齿圈淬火后达到可加工的尺寸范围内。因此，反变形校正方法可将齿圈校正效果保持到最后加工工序。
2、本发明节约成本，提高效率，具有明显的经济效益。
附图说明
图1是本发明覆盖保温棉的椭圆齿圈示意图。
图2是现有渗碳齿圈的生产工艺流程
具体实施方式
本发明的对渗碳后变形为椭圆齿圈的反变形校正方法是将渗碳后发生椭圆变形齿圈每间隔30°测量一次齿顶圆直径，在180°内测量六次即能测出齿顶圆直径的差值，这个差值就是齿圈发生椭圆变形的长轴与短轴，然后在最大值处和最小值处附近再仔细测量确定出齿圈的长轴和短轴分布区域，在短轴分布区域的齿圈内端面两侧用铁丝捆绑一层保温棉，当长轴和短轴的差值＜3mm时，保温棉的厚度控制在15mm内，当长轴和短轴的差值≥3mm，保温棉的厚度≥15mm上，铁丝捆绑保温棉的松紧程度应适中，捆绑太紧造成淬火时撑断铁丝，捆绑太松造成淬火时保温棉脱落，其余齿圈及外齿部位处于裸露状态；椭圆齿圈在淬火处理时应以60℃/h的升温速率加热至810℃时保温4小时；因其短轴分布区域覆盖有保温棉，覆盖有保温棉的短轴分布区域其加热速率小于未覆盖有保温棉的长轴分布区域，随着淬火处理时间的延长，齿圈各部位淬火温度趋于一致，因而在短轴分布区域和长轴分布区域发生的膨胀量差异不大，而在淬火油冷过程中，齿圈短轴分布区域的冷却速度小于长轴分布区域，也就是说短轴分布区域的冷缩量小于长轴分布区域的冷缩量，这样就相应减小了齿圈齿顶圆直径不同分布区域所产生的差值，从而达到椭圆齿圈的反变形校正；齿圈油冷约两小时后及时回火两次以消除齿圈淬火产生的应力，回火温度控制在180℃，经淬火处理的齿圈椭圆度差值能控制在0～1mm内，齿圈齿面硬度达57～61HRC。
结合图1，如一由20CrMnMo制造的齿圈，重量达3179Kg，齿数175，模数16，齿顶圆直径2844.527mm，齿厚19.679mm，工艺渗碳层3.6～4.8mm。
齿圈粗滚齿后齿顶圆直径为2839mm，比设计尺寸2844.527mm小4.527mm，这主要是考虑了齿圈渗碳淬火后会膨胀而预留加工余量。
齿圈渗碳过程中发生椭圆变形，齿顶圆直径在30°间隔所测的直径值均不相等，最大长轴值为2841mm，最小短轴值为2838.2mm。
在淬火过程中采用本发明的反变形校正方法对该齿圈进行校正，具体方法如下：
由于长轴和短轴的差值＝2.8mm＜3mm，所以在短轴分布区域的齿圈内端面两侧包裹上厚15mm的保温棉，包裹保温棉的宽度从齿圈短轴分布区域的内端面一直到齿圈外齿部位为止，铁丝捆绑保温棉的松紧程度以不掉下保温棉为准，捆绑太紧造成淬火时撑断铁丝，捆绑太松造成淬火时保温棉脱落，其余齿圈及外齿部位处于裸露状态。淬火处理时以60℃/h的升温速率加热至810℃时保温4小时。齿圈油冷约两小时后及时回火两次以消除齿圈淬火产生的应力，回火温度控制在180℃，然后剥开保温棉测量齿圈尺寸，淬火后齿顶圆的最大长轴值与最小短轴值之差由原2.8mm减小至1.1mm，具有参数见下表。
由上表可知：
采用反变形校正法可达到校正椭圆齿圈的目的。反变形校正法成本低、耗时少，校正原理符合金属材料的科学原理，成功效率极高，是校正齿圈椭圆变形的有效方法。
工装辅助校正法和本发明的反变形校正法所花费的成本见下表。
Claims (1)
1.一种对渗碳后变形为椭圆齿圈的反变形校正方法，其特征在于：是将渗碳后发生椭圆变形齿圈每间隔30°测量一次齿顶圆直径，在180°内测量六次即能测出齿顶圆直径的差值，这个差值就是齿圈发生椭圆变形的长轴与短轴，然后在最大值处和最小值处附近再仔细测量确定出齿圈的长轴和短轴分布区域，在短轴分布区域的齿圈内端面两侧用铁丝捆绑一层保温棉，当长轴和短轴的差值＜3mm时，所述保温棉的厚度控制在＜15mm；当长轴和短轴的差值≥3mm时，所述保温棉的厚度≥15mm；铁丝捆绑保温棉的松紧程度应适中，捆绑太紧造成淬火时撑断铁丝，捆绑太松造成淬火时保温棉脱落，其余齿圈及外齿部位处于裸露状态；椭圆齿圈在淬火处理时应以60℃/h的升温速率加热至810℃时保温4小时；因其短轴分布区域覆盖有保温棉，覆盖有保温棉的短轴分布区域其加热速率小于未覆盖有保温棉的长轴分布区域，随着淬火处理时间的延长，齿圈各部位淬火温度趋于一致，因而在短轴分布区域和长轴分布区域发生的膨胀量差异不大，而在淬火油冷过程中，齿圈短轴分布区域的冷却速度小于长轴分布区域，也就是说短轴分布区域的冷缩量小于长轴分布区域的冷缩量，这样就相应减小了齿圈齿顶圆直径不同分布区域所产生的差值，从而达到椭圆齿圈的反变形校正；齿圈油冷两小时后及时回火两次以消除齿圈淬火产生的应力，回火温度控制在180℃，经淬火处理的齿圈椭圆度差值能控制在0～1mm内，齿圈齿面硬度达57～61HRC。
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