CN104651857B - 大型重载机车齿轮渗碳淬火变形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种重载机车齿轮渗碳淬火变形控制的方法，采用补偿法，先用与齿轮辐板形状相同的两块钢板贴合在齿轮辐板两侧的凹陷部，再用螺栓贯穿齿轮辐板上的减轻孔以固定上下钢板不会产生相对位移，接着按常规工艺设计要求对重载机车齿轮依次装炉进行渗碳淬火热处理。本发明通过上下钢板夹持压紧齿轮的辐板两侧，既有效防止了辐板的挠曲，又均匀了齿轮各部位的温差，减少了因截面尺寸不同而造成的热应力和组织应力大，进而减少了齿轮的变形量，还能有效防止渗碳，减去了上涂防渗剂或留加工余量的制造成本和生产周期，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁工件的渗碳淬火及变形控制的工艺技术领域，特别涉及一种重载机车齿轮在渗碳淬火过程中变形控制的方法。
背景技术
齿轮零件为获得一定的强度、韧性和耐磨性，需进行调质、渗碳淬火、回火等一系列热处理。在渗碳淬火过程中，由于热应力、组织应力及零件自重的复合作用导致齿轮变形大且难以控制。大功率重载机车齿轮的高速与重载，特别是带辐板结构齿轮的渗碳淬火批量化生产对制造精度提出了更高的要求。此类齿轮的热处理变形控制方法，常采用增加后续加工余量、配置淬火压床、热油淬火或等温淬火的方法。如果增加后续加工余量，则降低了齿轮材料的利用率，而且造成了机加工工时及刀具的大量浪费，增加了齿轮的加工成本，且由于带辐板结构齿轮形状和结构的特殊性，渗碳淬火的变形量很难通过后续的精加工以修正；如果配置淬火压床，则大幅提高了设备成本和齿轮的生产周期，而且对于不同结构和不同尺寸的齿轮需制作单独的压淬模具，这样大幅的提高了齿轮的生产成本，降低了生产效率。热油淬火或等温淬火也有一定的设备要求及相应的工艺操作方法,并且这类工艺操作复杂，控制不当甚至会加剧齿轮变形。
为此，急需提出一种重载机车齿轮渗碳淬火变形控制的方法，以解决重载机车齿轮渗碳淬火过程中变形大的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种重载机车齿轮渗碳淬火变形控制的方法，旨在解决现有重载机车齿轮的渗碳淬火变形量大、废品率高，生产周期长，成本高的不足。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：
一种大型重载机车齿轮渗碳淬火变形控制方法，包括如下步骤：
S1、钢板选取放置步骤，选取一对钢板分别放置于所述齿轮的辐板的两侧的凹陷部分，
所述钢板的底部与所述齿轮的辐板结构相匹配并贴合；所述钢板的侧壁与齿轮之间的间距D= L×（T1-T0）×K微米，式中L为齿轮辐板的直径（分米），T1为齿轮的渗碳温度（摄氏度）， T0为常温（摄氏度），K为齿轮钢材的膨胀系数（微米）；所述钢板的通孔位置与所述齿轮的辐板减重孔相对；
S2、钢板锁紧步骤，将一双头螺栓穿过所述钢板的通孔及所述齿轮的辐板减重孔，并用螺母将钢板及齿轮固定在一起；
S3、齿轮堆叠步骤，将固定有钢板的齿轮堆叠起来；
S4、渗碳淬火步骤，将堆叠后的齿轮送进渗碳炉进行渗碳淬火。
优选的，所述的钢板材料采用碳素钢或耐热不锈钢。
优选的，所述的钢板上通孔数量为2-4个，所述通孔直径等于辐板上减轻孔的直径。
本发明的意义在于突破了必须采用复杂设备与复杂工艺操作才能控制重载机车齿轮渗碳淬火变形的难题，为控制重载机车齿轮的渗碳淬火变形开辟了一条简单实用的途径。与现有技术相比，本发明的优点为：
1，重载机车齿轮的直径大、厚度薄，且因齿轮辐板的存在，各部位尺寸相差也很大，几何形状复杂，因此在渗碳、淬火的加热、冷却过程中，工件内外以及不同部位因截面尺寸不同而温差变化较大，产生的热应力和组织应力大，导致热处理的变形量很大。本发明针对重载机车齿轮辐板的结构特点，在渗碳、淬火之前通过形状相同的上下两块钢板夹持压紧齿轮的辐板两侧，填充了辐板的凹陷部分，均匀了齿轮各部位的尺寸，而且考虑到钢板的变形幅度、钢板和齿轮之间的热辐射效果，所述钢板的侧壁与齿轮之间的间距有特定设置，这样就有效的缓冲了齿轮各部位的温度变化速率，均匀了齿轮各部位的温差，从而减少了因齿轮截面尺寸不同而产生的热应力和组织应力，进而降低了齿轮的热处理变形量。
2，重载机车齿轮要求的渗碳部位为齿轮齿部，其他部位则需要防止渗碳。为了防止渗碳，一般采用涂防渗剂或留加工余量的方法，均会增加齿轮的制造成本和生产周期，而在齿轮辐板两侧夹持钢板后，则能有效防止渗碳，这样就减去了上涂防渗剂或留加工余量的制造成本和生产周期，且有效防止了辐板的挠曲，降低齿轮相变不均的程度，提高了齿轮热处理强化效果。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为本发明重载机车齿轮渗碳淬火变形控制方法的原理示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为本发明实施例的装炉示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的原理在于：采用补偿法，先用与齿轮辐板形状相同的两块钢板贴合在齿轮辐板两侧，接着按常规工艺设计要求对重载机车齿轮依次装炉进行渗碳淬火热处理。本发明的意义在于突破了必须采用复杂设备与复杂工艺操作才能控制重载机车齿轮渗碳淬火变形的难题，为控制重载机车齿轮的渗碳淬火变形开辟了一条简单实用的途径。
结合图1至图3所示，本实施例中的重载机车齿轮为直齿圆柱齿轮1，齿轮直径为800mm。在渗碳、淬火之前，先用与齿轮1辐板形状相同的两块钢板2贴合在齿轮1辐板两侧的凹陷部分，再用双头螺栓3贯穿齿轮1辐板上的减重孔4以固定上下钢板2不会产生相对位移，这样就利用上下钢板2夹持压紧了辐板两侧，并填充了辐板两侧的凹陷部分，接着按常规工艺设计要求对重载机车齿轮1依次装炉进行渗碳、淬火热处理。
具体的包括如下步骤：
S1、钢板选取放置步骤，选取一对钢板分别放置于所述齿轮的辐板的两侧的凹陷部分，
所述钢板的底部与所述齿轮的辐板结构相匹配并贴合；所述钢板的侧壁与齿轮之间的间距D= L×（T1-T0）×K微米，式中L为齿轮辐板的直径（分米），T1为齿轮的渗碳温度（摄氏度）， T0为常温（摄氏度），K为齿轮钢材的膨胀系数（微米）；所述钢板的通孔位置与所述齿轮的辐板减重孔相对；
S2、钢板锁紧步骤，将一双头螺栓穿过所述钢板的通孔及所述齿轮的辐板减重孔，并用螺母将钢板及齿轮固定在一起；
S3、齿轮堆叠步骤，将固定有钢板的齿轮堆叠起来；
S4、渗碳淬火步骤，将堆叠后的齿轮送进渗碳炉进行渗碳淬火。
本实施例中，所述的钢板2材料采用耐热不锈钢，所述的钢板2各处尺寸比辐板凹陷部分尺寸小4mm。所述的钢板2上均布有3个通孔5，所述通孔5直径等于辐板上减重孔4的直径。
本实施例中气体渗碳温度为920℃，保温时间为20h，淬火温度为840℃，保温时间为2h，常温温度为25℃。
为了说明本发明的实际应用效果，下面给出两组实验数据：
表1（单位为毫米）
| 测点角度 | 00 | 900 | 1800 | 2700 |
| 公法线上点 | +0.85 | +0.76 | +0.80 | +0.95 |
| 公法线中点 | +0.62 | +0.76 | +0.78 | +0.84 |
| 公法线下点 | +0.70 | +0.58 | +0.62 | +0.58 |
表2（单位为毫米）
| 测点角度 | 00 | 900 | 1800 | 2700 |
| 公法线上点 | +0.32 | +0.41 | +0.30 | +0.36 |
| 公法线中点 | +0.35 | +0.30 | +0.28 | +0.30 |
| 公法线下点 | +0.25 | +0.28 | +0.20 | +0.20 |
表1为第一组实验数据，第一组实验数据是在未使用本发明控制方法的前提下，直齿圆柱齿轮1因渗碳淬火产生的变形数据，该数据是以渗碳淬火前测得的数据为基准，用渗碳淬火后数据减去渗碳淬火前数据的差值。
表2为第二组实验数据，第二组实验数据是在使用本发明控制方法的前提下，直齿圆柱齿轮1因渗碳淬火产生的变形数据，该数据是以渗碳淬火前测得的数据为基准，用渗碳淬火后数据减去渗碳淬火前数据的差值。
所述公法线是指从测点位置轮齿齿面沿顺时针到第13个轮齿另一侧齿面的距离差值。上点、中点和下点分别表示齿厚方向三点不同位置，角度为圆周方向的测量角度。
从以上两组实验数据的对比中可以看出，采用本发明后的直齿圆柱齿轮变形值比未采用发明的直齿圆柱齿轮显著减小。因此本发明方法对重载齿轮渗碳淬火变形具有有效的控制作用。而且，本发明的辐板部位不需要涂防渗剂或留加工余量，能有效防止渗碳，这样就减少了齿轮的制造成本和生产周期，提高了生产效率。
由此可见，本发明针对重载机车齿轮辐板的结构特点，在渗碳、淬火之前通过形状相同的上下两块钢板夹持压紧齿轮的辐板两侧，填充了辐板的凹陷部分，均匀了齿轮各部位的尺寸；而且考虑到钢板的变形幅度、钢板和齿轮之间的热辐射效果，所述钢板的侧壁与齿轮之间的间距的特定设置，缓冲了齿轮各部位的温度变化速率，均匀了齿轮各部位的温差，从而减少了因截面尺寸不同而造成的热应力和组织应力大，进而减少了齿轮的变形量；并且，本发明在齿轮辐板两侧夹持钢板后，则能有效防止渗碳，这样就减去了上涂防渗剂或留加工余量的制造成本和生产周期，且有效防止了辐板的挠曲，降低了齿轮相变不均的程度，提高了齿轮热处理强化效果。
本发明并不限于前述实施方式，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种大型重载机车齿轮渗碳淬火变形控制方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、钢板选取放置步骤，选取一对钢板分别放置于所述齿轮的辐板的两侧的凹陷部分，
所述钢板的底部与所述齿轮的辐板结构相匹配并贴合；所述钢板的侧壁与齿轮之间的间距D= L×（T1-T0）×K微米，式中L为齿轮辐板的直径（分米），T1为齿轮的渗碳温度（摄氏度）， T0为常温（摄氏度），K为齿轮钢材的膨胀系数（微米）；所述钢板的通孔位置与所述齿轮的辐板减重孔相对；
S2、钢板锁紧步骤，将一双头螺栓穿过所述钢板的通孔及所述齿轮的辐板减重孔，并用螺母将钢板及齿轮固定在一起；
S3、齿轮堆叠步骤，将固定有钢板的齿轮堆叠起来；
S4、渗碳淬火步骤，将堆叠后的齿轮送进渗碳炉进行渗碳淬火。
2.根据权利要求1所述的大型重载机车齿轮渗碳淬火变形控制方法，其特征在于：所述的钢板材料采用碳素钢或耐热不锈钢。
3.根据权利要求1所述的大型重载机车齿轮渗碳淬火变形控制方法，其特征在于：所述的钢板上通孔数量为2-4个，所述通孔直径等于辐板上减重孔的直径。
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