CN102560061B - 空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，其在原有的空心齿轮轴生产工艺基础上进行改进，在渗碳工序之后、淬火工序之前对空心齿轮轴进行开通孔加工，留量为8~12mm。本发明能够大大减小腰鼓变形和齿向变形，同时齿顶圆尺寸与淬火前相比略有增大，完全避免了齿顶圆与公法线尺寸超差，为后续加工减少加工量，节约成本，提高效率，具有明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于齿轮热处理技术领域，尤其是涉及一种空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法。
背景技术
空心齿轮轴是大型回转窑、磨机等建材、矿山、冶金、有色、电力等行业的机械设备中最关键的传动部件之一，其工作负荷较大，工作条件复杂，空心齿轮轴质量的好坏直接关系到整套产品的质量。目前，空心齿轮轴的传统生产工艺流程为：粗车—探伤—调质—半精车（内孔不车出）—探伤—半精车—粗滚—钳工倒角—渗碳—车渗碳层—淬火—喷丸—车—半精滚齿—车（中心孔的导向孔）—深孔镗镗中部通孔—精车外圆—磨—磨齿—钻端面孔—配钻销孔。
空心齿轮轴按照传统工艺进行渗碳淬火后，大致发生两种变形：一种是齿顶圆成腰鼓形，齿部两端的外径略胀大，而中间段则收缩，齿幅越宽，腰鼓越明显；另一种变形是齿向变形，即螺旋角增大，如图1中所示，淬火后齿顶圆2与淬火前齿顶圆1相比成腰鼓形，淬火后齿向4与淬火前齿向3相比增大。空心齿轮轴淬火变形量大，使齿顶圆尺寸与淬火前相比有所减小，会导致公法线与齿顶圆超差严重，超差较大时会导致报废，且易出现齿面一面加工量大、一面加工量小的情况，造成齿面渗碳层不均，在使用过程中易出现点蚀、剥落、断齿等失效形式。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，其适用于空心齿轮轴内孔尺寸为200~450mm，且内孔尺寸与外孔尺寸的比值为2/3~4/5的空心齿轮轴，能够大大减小腰鼓变形和齿向变形，同时齿顶圆尺寸与淬火前相比略有增大，完全避免了齿顶圆与公法线尺寸超差。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，其在原有的空心齿轮轴生产工艺基础上进行改进，在渗碳工序之后、淬火工序之前对空心齿轮轴进行开通孔加工，留量为8~12mm。
上述的空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法中，对空心齿轮轴开通孔加工后，进行淬火处理，淬火步骤为：（1）、将空心齿轮轴放入热处理炉内，以50~60℃/h的速度升温至350~400℃，保温2~3h后以50~60℃/h的速度升温至600~650℃，保温3~5h后以60~70℃/h的速度升温至淬火温度810~830℃，保温4~8h；（2）、将空心齿轮轴从炉中吊出，放入快速淬火油中淬火60~120min，工件上下窜动8~12分钟，油温控制在70~90℃，表面温度冷却至≤150℃之后从油中取出；（3）、冷却结束后及时装炉，以30~40℃/h的速度升温至180~200℃，保温8~12h，出炉空冷。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
一、传统工艺处理的空心齿轮轴淬火变形的原因为：由于淬火时空心齿轮轴内部距表面不同深度的部位冷却不均匀和相变不均匀，导致变形严重。本发明的空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，通过淬火前对空心齿轮轴开通孔，达到增大冷却面积和减小截面尺寸的效果，可以使工件在淬火时内外冷却和相变相对均匀，减小淬火变形量，同时，可使齿顶圆和公法线尺寸与淬火前相比略有增大。
二、该空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，淬火时快速淬火油温度控制在70~90℃，此时冷却介质粘度小，流动性好。空心齿轮轴浸入快速淬火油后，工件上下窜动10分钟可以有效减小蒸汽膜阶段，使各部位冷却相对均匀。因其淬火时内外冷却，因此冷却均匀性好，同时冷却速度比实芯齿轮轴冷却速度快，在减小畸变的同时，提高了工件心部强度。
三、以模数25的空心齿轮轴为例，磨齿时公法线留量在0.35mm~0.45mm范围内，而空心齿轮轴平均超差尺寸为0.41mm，因此磨齿时的磨削量比设计要求增大了一倍，即磨削费用增加了一倍。采用本发明的空心齿轮轴渗碳淬火变形控制方法，可以完全避免空心齿轮轴的公法线超差。
四、该空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，其校正原理符合金属材料的科学原理，成功效率极高，是控制齿轮轴变形的有效方法；有效减免了公法线与齿顶圆尺寸超差，为后续加工减少加工量，节约成本，提高效率，具有明显的经济效益。
附图说明
图1是现有技术中空心齿轮轴淬火前后的齿顶圆及螺旋角变形示意图；
图2是本发明的空心齿轮轴开通孔示意图；
图中：1－淬火前齿顶圆；2－淬火后齿顶圆；3－淬火前齿向；4－淬火后齿向；5－通孔。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的空心齿轮轴的生产工艺流程为：粗车—探伤—调质—半精车（内孔不车出）—探伤—半精车—粗滚—钳工倒角—渗碳—车渗碳层—车（中心孔的导向孔）—深孔镗镗中部通孔—淬火—喷丸—车(精车导向孔)—深孔镗镗中部通孔到尺寸—精车外圆—磨外圆—半精滚齿—磨齿—钻端面孔—配钻销孔。
本发明的空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，工艺流程为：
如图2所示，本发明所述的空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，其在原有的空心齿轮轴生产工艺基础上进行改进，在渗碳工序之后、淬火工序之前对空心齿轮轴进行开通孔5加工，留量为10mm；然后进行淬火处理，具体步骤为：（1）、将工件放入热处理炉内，以60℃/h的速度升温至350℃，保温2h后以60℃/h的速度升温至650℃，保温4h后以60℃/h的速度升温至淬火温度820℃，保温6h；（2）、将工件从炉中吊出，放入快速淬火油中淬火90min，工件上下窜动10分钟，温度控制在70~90℃，表面温度冷却至≤150℃之后从油中取出；（3）、冷却结束后及时装炉，以40℃/h的速度升温至200±10℃，保温8h，出炉空冷。
以两个空心齿轮轴的开通孔控制淬火变形量为例说明本发明的技术方案，淬火前后齿顶圆与公法线尺寸如表1-1与表1-2所示，空心齿轮轴硬度检测如表1-3所示。
表1-1 空心齿轮轴开通孔淬火前后齿顶圆尺寸变化
表1-2 空心齿轮轴开通孔淬火前后公法线尺寸变化
表1-3 空心齿轮轴硬度检测
| 锻件编号 | 齿面硬度（HRC） | 轴颈硬度（HRC） |
| 锻件1 | 59 | 38 |
| 锻件2 | 58 | 39 |
由表1-1、表1-2及表1-3可以看出，采用本发明空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，空心齿轮轴淬火后硬度完全满足技术要求的同时，与淬火前相比淬火后齿顶圆与公法线尺寸均有不同程度增大，同时中部尺寸缩小量较小。这与实心齿轮轴淬火后齿顶圆与公法线尺寸两端略增大，中间缩小很多相比，变形明显得到改善，其有效减免了公法线与齿顶圆尺寸超差，为后续加工减少加工量，节约成本，提高效率，具有明显的经济效益。
Claims (1)
1.一种空心齿轮轴渗碳淬火变形的控制方法，其特征是：其在原有的空心齿轮轴生产工艺基础上进行改进，在渗碳工序之后、淬火工序之前对空心齿轮轴进行开通孔加工，留量为8~12mm；对空心齿轮轴开通孔加工后，进行淬火处理，淬火步骤为：（1）、将空心齿轮轴放入热处理炉内，以50~60℃/h的速度升温至350~400℃，保温2~3h后以50~60℃/h的速度升温至600~650℃，保温3~5h后以60~70℃/h的速度升温至淬火温度810~830℃，保温4~8h；（2）、将空心齿轮轴从炉中吊出，放入快速淬火油中淬火60~120min，工件上下窜动8~12分钟，油温控制在70~90℃，表面温度冷却至≤150℃之后从油中取出；（3）、冷却结束后及时装炉，以30~40℃/h的速度升温至180~200℃，保温8~12h，出炉空冷。
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