CN102851671A - 渗碳淬火齿圈自整圆热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种渗碳淬火齿圈自整圆热处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：渗碳、测量工件圆周不同位置直径、确定圆周不同位置目标胀量Δd、计算最大温差ΔT、计算圆周不同位置间隙δ、放入工装调整圆周不同位置间隙、淬火、回火；其中在进行渗碳齿圈淬火时，首先在齿圈内孔中放置与齿圈内孔孔径具有一定间隙的圆形工装体，与齿圈一起加热冷却；并根据齿圈材料的热胀冷缩特性，即胀缩量——温度函数关系，利用材料的高温塑性和相变塑性及齿圈的结构特征，在淬火的同时对工件进行撑胀整圆。
Description
技术领域
本发明涉及一种防止渗碳齿圈淬火失圆的热处理方法，具体说是涉及一种渗碳淬火齿圈自整圆热处理方法。
背景技术
渗碳齿圈在淬火时特别容易失圆。目前主要采取两种方法来解决：1.淬火后使用压力机校圆，2.淬火时采用淬火压床。采用第一种方法即工件淬火后测量其失圆度，根据失圆度大小然后使用压力机把其校圆，由于工件淬火后硬度高塑性差，校圆难度非常大，工效低，而且校圆效果往往不甚理想，常常出现圆度不达标或开裂现象，废次品率较高。第二种方法为热工件出炉淬火时，使用机械手等机构把热工件放入淬火压床，在淬火过程中通过专用模具对其施加强大外力防止畸变，该方法工艺参数控制复杂、设备投资大，需要专用设备和模具，仅适用于批量化生产。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供了一种渗碳淬火齿圈自整圆热处理方法。本发明与上述两种方法的本质性区别在于在淬火的同时齿圈可自行整圆。淬火的时候对前道工序（渗碳）产生的失圆进行校正的同时也可防止本道工序（淬火）产生新的失圆，淬火后工件圆度即可达标，免去淬火压床或后续压力校圆工序。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的渗碳淬火齿圈自整圆热处理方法的步骤如下：渗碳、测量工件圆周不同位置直径、确定圆周不同位置目标胀量Δd（设计直径-测量直径）、计算最大温差ΔT、计算圆周不同位置间隙δ、放入工装调整圆周不同位置间隙、淬火、回火；
a、在进行渗碳齿圈淬火时，首先在齿圈内孔中放置与齿圈内孔孔径具有一定间隙的圆形工装体，与齿圈一起加热冷却；
b、根据齿圈材料的热胀冷缩特性，即胀缩量——温度函数关系，利用材料的高温塑性和相变塑性及齿圈的结构特征，在淬火的同时对工件进行撑胀整圆；
撑胀量采用式（1）计算：
Δd≈ΔTdα-2δ （1）
式中：Δd－齿圈内径胀量，单位：ｍｍ；
δ－工装与齿圈的单侧间隙，单位：ｍｍ；
ΔT－最大温差，单位：℃；
d－齿圈内径，单位：ｍｍ；
α－齿圈材料线膨胀系数，单位：℃-1；
c、最大温差的计算：
采用有限元计算机模拟方法对淬火过程中齿圈和工装的温度场动态变化进行数值模拟，根据模拟结果分别计算出在塑性温度区间内齿圈的平均温度T2和工装的平均温度T1随时间的变化，进而计算出两者的差值T1- T2随时间的变化并绘制成平均温差T1- T2——时间曲线图，该曲线的最大值即为最大温差ΔT；
d、间隙计算及间隙调整工装：
由式（2）可计算单侧间隙
δ≈（ΔTdα-Δd）/2 (2)。
本发明中所述的圆形工装体是由一圆柱形轮体以及若干个嵌装在其外圆面上的锥形销构成；其中，圆柱形轮体采用普通碳钢制备而成，其外径小于齿圈内径，其体积/表面积大于齿圈体积/表面积；锥形销也是采用普通碳钢制备而成，位于齿圈内圆面和圆柱形轮体外圆面之间，用于对不同规格的齿圈进行间隙调节。具体讲：齿圈与圆柱形轮体之间的间隙大小可通过变更锥形销的插入深度或更换锥形销直径规格进行调节，间隙调节到位后，把锥形销点焊到圆柱形轮体上。该工装间隙调节非常简便，而且一种规格的轮可适用于多种规格的齿圈零件，从而可以减少圆柱形轮体的规格，降低生产成本。
本发明的有益效果如下：
工件淬火后失圆度小、生产效率高、避免校圆开裂、投资少、适用范围广，不仅适合批量化生产更适合单件小批量生产。
附图说明
图1是本发明渗碳齿圈及其自整圆淬火工装示意图。
具体实施方式
本发明以下将结合实例（附图）作进一步描述：
本发明的渗碳淬火齿圈自整圆热处理方法的步骤如下：渗碳、测量工件圆周不同位置直径、确定圆周不同位置目标胀量Δd（设计直径-测量直径）、计算最大温差ΔT、计算圆周不同位置间隙δ、放入工装调整圆周不同位置间隙、淬火、回火；
a、在进行渗碳齿圈淬火时，首先在齿圈内孔中放置与齿圈内孔孔径具有一定间隙的圆形工装体，与齿圈一起加热冷却；
b、根据齿圈材料的热胀冷缩特性，即胀缩量——温度函数关系，利用材料的高温塑性和相变塑性及齿圈的结构特征，在淬火的同时对工件进行撑胀整圆；
撑胀量采用式（1）计算：
Δd≈ΔTdα-2δ （1）
式中：Δd－齿圈内径胀量，单位：ｍｍ；
δ－工装与齿圈的单侧间隙，单位：ｍｍ；
ΔT－最大温差，单位：℃；
d－齿圈内径，单位：ｍｍ；
α－齿圈材料线膨胀系数，单位：℃-1；
c、最大温差的计算：
采用有限元计算机模拟方法对淬火过程中齿圈和工装的温度场动态变化进行数值模拟，根据模拟结果分别计算出在塑性温度区间内齿圈的平均温度T2和工装的平均温度T1随时间的变化，进而计算出两者的差值T1- T2随时间的变化并绘制成平均温差T1- T2——时间曲线图，该曲线的最大值即为最大温差ΔT；其中，淬火过程中齿圈和工装的温度场随时间的动态变化可采用ANSYS等工程上通用的数值模拟软件进行模拟计算。
d、间隙计算及间隙调整工装：
由式（2）可计算单侧间隙
δ≈（ΔTdα-Δd）/2 (2)。
如图1所示，本发明中所述的圆形工装体是由圆柱形轮体1、以及若干个嵌装于圆柱形轮体1外圆面上的锥形销3构成。其中，圆柱形轮体1采用普通碳钢制备而成，其外径小于齿圈内径，其体积/表面积大于齿圈体积/表面积。锥形销也是采用普通碳钢制备而成，位于齿圈内圆面和圆柱形轮体外圆面之间，用于对不同规格的齿圈进行间隙调节，具体讲：齿圈2与圆柱形轮体1之间的间隙大小可通过变更锥形销3的插入深度或更换锥形销直径规格进行调节，间隙调节到位后，把锥形销3点焊到圆柱形轮体1上。该工装间隙调节非常简便，而且一种规格的轮可适用于多种规格的齿圈，从而可以减少圆柱形轮体的规格，降低生产成本。
从本发明的式（1）可以看出，根据最大温差、零件内径尺寸、线膨胀系数，调整工装与齿圈间的间隙就很容易控制齿圈的胀量。淬火前测量齿圈圆周方向不同位置的内径尺寸，据此调节圆周方向不同位置的间隙，从而可控制相应位置的胀量，进而控制齿圈的失圆度。经多次生产实验证明，该发明实际应用效果良好。
Claims (2)
1.一种渗碳淬火齿圈自整圆热处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：渗碳、测量工件圆周不同位置直径、确定圆周不同位置目标胀量Δd、计算最大温差ΔT、计算圆周不同位置间隙δ、放入工装调整圆周不同位置间隙、淬火、回火；
a、在进行渗碳齿圈淬火时，首先在齿圈内孔中放置与齿圈内孔孔径具有一定间隙的圆形工装体，与齿圈一起加热冷却；
b、根据齿圈材料的热胀冷缩特性，即胀缩量——温度函数关系，利用材料的高温塑性和相变塑性及齿圈的结构特征，在淬火的同时对工件进行撑胀整圆；
撑胀量采用式（1）计算：
Δd≈ΔTdα-2δ （1）
式中：Δd－齿圈内径胀量，单位：ｍｍ；
δ－工装与齿圈的单侧间隙，单位：ｍｍ；
ΔT－最大温差，单位：℃；
d－齿圈内径，单位：ｍｍ；
α－齿圈材料线膨胀系数，单位：℃-1；
c、最大温差ΔT的计算：
采用有限元计算机模拟方法对淬火过程中齿圈和工装的温度场动态变化进行数值模拟，根据模拟结果分别计算出在塑性温度区间内齿圈的平均温度T2和工装的平均温度T1随时间的变化，进而计算出两者的差值T1- T2随时间的变化并绘制成平均温差T1- T2——时间曲线图，该曲线的最大值即为最大温差ΔT；
d、间隙计算及间隙调整工装：
由式（2）可计算单侧间隙
δ≈（ΔTdα-Δd）/2 (2)。
2.根据权利要求1所述的渗碳淬火齿圈自整圆热处理方法，其特征在于：所述的圆形工装体是由一圆柱形轮体以及若干个嵌装在其外圆面上的锥形销构成；其中，圆柱形轮体采用普通碳钢制备而成，其外径小于齿圈内径,其体积/表面积大于齿圈体积/表面积；锥形销是采用普通碳钢制备而成，位于齿圈内圆面和圆柱形轮体外圆面之间，用于对不同规格的齿圈进行间隙调节。
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