CN103834953A - 一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种齿轮加工工艺，尤其涉及一种变速箱的内花键齿轮的渗碳淬火工艺。该内花键齿轮的渗碳淬火工艺合理的调整渗碳温度、淬火温度、淬火油温度以及淬火油品质可以有效的降低齿轮的热应力和组织应力，减少齿轮的变形量，调高变形规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮加工工艺，尤其涉及一种变速箱的内花键齿轮的渗碳淬火工艺。
背景技术
内花键齿轮与相同参数的花键轴类零件传动，是变速箱设计、制造中最常用的应用。此类内花键齿轮需要通过九个步骤完成加工，依次为锻造→正火→粗车→精车→拉花键→滚齿→渗碳淬火→抛丸→成品入库。其中内花键齿轮的渗碳淬火工艺主要包括以下步骤：1，进炉； 2，强渗期，渗碳温度为920~930℃之间；3，扩散期；4，降温；5，出炉淬火，淬火温度840℃，采用20号机油，油温100℃。由于内花键齿轮在制造过程中需要满足特定的工艺结构要求，即齿形部分需要达到传动比要求，实体部分是厚的，齿轮的齿宽是必要的，且零件整体结构是有位置排列要求的，如此内花键孔的两端齿形壁厚必然是不对称。而此类内花键齿轮通过上述的渗碳淬火工艺生产出来的内花键齿轮存在的问题在于：1，该步骤的淬火温度过高，使得齿轮产生的组织应力变大、变形越大；2，由于淬火油温度过低，淬火油的内流动性低，使得产品冷却不均匀；3，由于淬火油高温冷却能力不足或者油的蒸汽膜阶段过长的缘故，使齿轮大端的淬硬层不足，导致淬火应力分布不均，零件冷却不均匀，变形严重。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可以有效减小内花键齿轮孔锥度变形程度的内花键齿轮的渗碳淬火工艺。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺，依次包括如下步骤：（1）产品进炉，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，并将炉温增加至875~885 °C；（2）强渗期，保证炉温在875~885 °C之间，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，强渗时间150~180min，产品碳势1.2%；（3）扩散期，保证炉温在875~885 °C，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，扩散时间48~60 min，产品碳势1.05%；（4）降温，将炉温降至815~825℃，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，保温45min，产品碳势降至0.80%；（5）出炉淬火，采用KR468C淬火油进行淬火，油温控制在120°C，产品通过淬火夹具固定后垂直入油，入油时停开油槽搅拌器，待齿轮淬火入油后再打开油槽搅拌器进行搅拌。
作为优选，所述的内花键齿轮的表面渗碳淬火硬度56～62HRC，硬化层深0.7～1.1mm。
本发明采用上述技术方案，合理的调整渗碳温度、淬火温度、淬火油温度以及淬火油品质可以有效的降低齿轮的热应力和组织应力，减少齿轮的变形量，调高变形规律。1，研究发现随着渗碳温度的升高，钢的塑性抗力降低而工件的蠕变倾向增大，奥氏体晶粒度随渗碳温度的升高而长大，使工件变形增大，因此渗碳温度由920-930℃降为875~885 °C之间有利于减小变形；2，齿轮渗碳后，淬火温度越高产生的组织应力越大，变形越大，为减小变形，应尽量选择淬火下限温度，优选在815~825℃之间；3，淬火油温控制在120℃，提高淬火油温度减小变形，因为油的温度提高，流动性随之改善，更易均匀地上下循环流动，以利于零件均匀冷却，减小变形；4，KR468C淬火油具有中高温冷速快，低温冷速慢，蒸汽膜阶段短，可以确保内花键齿轮淬火后有较小的变形，同时变形的散差很小。综上所述，内花键齿轮的渗碳淬火工艺在加工过程中能够有效的减小内花键齿轮孔锥度变形程度，提高齿轮质量。
具体实施方式
对本发明的优选实施方案作进一步详细的说明。
一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺，选用的内花键齿轮的表面渗碳淬火硬度56～62HRC，硬化层深0.7～1.1mm，该齿轮成品的跨棒距要求范围在22.80～22.90mm之间，公差0.10mm内。工艺依次包括如下步骤：（1）产品进炉，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，并将炉温增加至875~885 °C，随着渗碳温度的升高，钢的塑性抗力降低而工件的蠕变倾向增大，奥氏体晶粒度随渗碳温度的升高而长大，使工件变形增大，因此渗碳温度由920-930℃降为875~885 °C之间有利于减小变形；（2）强渗期，保证炉温在875~885 °C之间，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，强渗时间150~180min，产品碳势1.2%；（3）扩散期，保证炉温在875~885 °C，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，扩散时间48~60 min，产品碳势1.05%；强渗期与扩散期相比于传统工艺的区别主要是炉温，传统工艺炉温是920-930℃.而现在是875~885 °C，渗碳温度高变形就大，降低渗碳温度有利减小变形。（4）降温，将炉温降至815~825℃，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，保温45min，产品碳势降至0.80%。齿轮渗碳后，淬火温度越高产生的组织应力越大，变形越大，为减小变形，应尽量选择淬火下限温度，优选在815~825℃之间；（5）出炉淬火，采用KR468C淬火油进行淬火，油温控制在120°C，产品通过淬火夹具固定后垂直入油，入油时停开油槽搅拌器，待齿轮淬火入油后再打开油槽搅拌器进行搅拌。一方面，KR468C淬火油具有中高温冷速快，低温冷速慢，蒸汽膜阶段短，可以确保内花键齿轮淬火后有较小的变形，同时变形的散差很小；另一方面，淬火油温控制在120℃，提高淬火油温度减小变形，因为油的温度提高，流动性随之改善，更易均匀地上下循环流动，以利于零件均匀冷却，减小变形。
此外，在步骤（5）出炉淬火中，需要通过装夹方式将齿轮固定，传统的固定方式有两种：一种方式为齿轮平叠放置的入油方式，由于齿轮与齿轮之间叠在一起，淬火入油时产品各部位冷却不均匀，产生了热应力，增加了变形，产品内花键跨棒距大小不一，锥度更大；另一种方式为齿轮挂装式垂直入油，该方式对平面挠曲变形很小，相应地对内花键的变形影响，也更小。但是传统的挂装式的夹具使得工件集中受力，各零件冷却不均匀，变形严重。为此本方案还为内花键齿轮的淬火工艺设计了专用夹具，该夹具上用于穿挂齿轮的心棒为X形，使心棒与孔为两条支撑线接触，齿轮的自重有孔壁上两条线分担，且心棒与孔壁之间的间隙呈90°均匀分布，变形沿孔园周方向比较均匀，在淬火冷却时，由于在轴线方向冷却比较均匀，因此椭圆和锥度都减少了，同时，装夹零件之间的间隙一致，以便使各部位淬火入油时冷却均匀。
如表1所示，通过上述制作工艺以及专用的挂装方式，将内花键的花键孔进出口锥度控制在0.04mm以下，内花键跨棒距公差带控制在0.08mm以下（内花键跨棒距实际偏差=最大值-最小值=22.89-22.83=0.06），大大提升了产品的质量。
表1：内花键跨棒距试验检测数据表
Claims (2)
1.一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺，其特征在于依次包括如下步骤：（1）产品进炉，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，并将炉温增加至875~885 °C；（2）强渗期，保证炉温在875~885 °C之间，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，强渗时间150~180min，产品碳势1.2%；（3）扩散期，保证炉温在875~885 °C，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，扩散时间48~60 min，产品碳势1.05%；（4）降温，将炉温降至815~825℃，通入流量为0.2~0.3m3/h的丙烷，保温45min，产品碳势降至0.80%；（5）出炉淬火，采用KR468C淬火油进行淬火，油温控制在120°C，产品通过淬火夹具固定后垂直入油，入油时停开油槽搅拌器，待齿轮淬火入油后再打开油槽搅拌器进行搅拌。
2.根据权利要求1所述的一种内花键齿轮的渗碳淬火工艺，其特征在于：所述的内花键齿轮的表面渗碳淬火硬度56～62HRC，硬化层深0.7～1.1mm。
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