CN106755911A - 一种主动齿轮轴螺纹及r角热处理工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

一种主动齿轮轴螺纹及R角进行热处理工艺，它包括以下步骤：一、渗碳淬火。二、对螺纹区或/和R角区退火。三、室温冷却：将工件在室温进行冷却。本发明还公开了一种螺纹及R角退火设备。相对于现有技术，本发明采用特殊的热处理工艺，对主动齿轮轴螺纹及R角进行加热，然后在空气中空冷退火，消除了轴螺纹及螺纹与花键交界处的渗碳影响。大幅降低了产品的硬度，从而满足产品的使用要求。而且，不再涂抹防渗涂料，减少一道工艺，更容易操作。

Description

一种主动齿轮轴螺纹及R角热处理工艺及设备
技术领域
本发明涉及齿轮的加工方法，具体涉及一种主动齿轮轴螺纹及R角进淬火、退火工艺及退火设备。
背景技术
现在的齿轮生产中，需要将淬火。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性。因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性下降及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。
常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开。
齿轮的质量直接影响汽车的噪声、平稳性及使用寿命。而汽车驱动桥齿轮对整车的质量及使用寿命影响更大。其中材料和热处理是保证齿轮使用性能和可靠性的基础，同时也是改善齿轮加工性能的重要途径。对于驱动桥齿轮副中主动齿轮轴螺纹热处理质量的保证，现有的热处理工艺是在螺纹部位及R角处涂上防渗涂料，然后装入渗碳炉内进行渗碳，出炉之后再进行表面清除防渗涂料作业。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：1.热处理工艺需要防渗涂料进行风干之后工件才能装炉处理，防渗涂料的浓度（稀稠）、涂层的厚薄、及风干的时间对螺纹及R角渗碳淬火后的质量影响很大，如果涂料过稀，则涂层太薄，此时起不到防渗的效果，如果过稠或者涂层过厚，则工件在进炉前容易出现开裂，如果风干时间过长，螺纹部分的防渗膜也容易出现开裂，开裂后的裂纹处无法达到防渗效果，出现螺纹表面漏渗现象。
2.再者，由于螺纹部分尺寸较小, 相对淬硬能力大, 更主要的是螺纹表面不好保护, 用一般防渗涂料阻碍渗碳的方法保护，很难涂均匀, 经常在渗碳时螺纹表面所涂的防渗碳剂局部脱落, 出现螺纹表面脱落部位被渗碳的现象。
这样工件在渗碳、淬火之后就会在开裂处产生很高的硬度，一般硬度达58-64HRC，此时螺纹的塑韧性就会大大降低，这样齿轮轴在使用过程中就会造成螺纹断裂而失效。
本发明的目的是提供一种主动齿轮轴螺纹及R角热处理工艺及退火设备，其生产的工件硬度更低，塑韧性更高。
本发明的技术方案具体为：
一种主动齿轮轴螺纹及R角进行热处理工艺，它包括以下步骤：
1.渗碳淬火：将工件直接放在渗碳设备中渗碳淬火,然后进行回火、退火。
2.对螺纹区或/和R角区退火：其中螺纹区的加热（预热）温度为750-800℃，预热时间为0.4-0.6秒，螺纹的加热温度为750-800℃，加热时间为4. 0-5.0秒；第一、第二R角的加热温度为800-850℃，加热时间为7.0-8.0秒。
3.室温冷却：将工件在室温进行冷却。
第二步的加热方式为扫描式电磁感应加热。
一种上述热处理工艺第三步使用的退火设备，包括机架，机架固定工件移动装置与扫描加热设备上，其特征在于：工件移动装置包括固定在机架上的轨道，轨道上设有滑块，滑块的动力机构为步进电机；滑块的下端固定下底座，其上部固定上底座，上底座固定上固定部，上固定部固定上夹具，下底座固定旋转电机，旋转电机连接旋转轴，旋转轴上固定下夹具，工件固定在上夹具与下夹具之间，当滑块沿轨道上下滑动时，工件与滑块同步滑动；扫描加热设备包括固定在机架上的电磁加热设备，电磁加热设备通过加热固定部连接两个环状的感应器，两个感应器都设在上夹具与下夹具之间，工件的加工部能通过该感应器；机架与工件移动装置为数控机床。
所述滑块的上部固定轨道，轨道上设有底座。
相对于现有技术，本发明采用特殊的热处理工艺，对主动齿轮轴螺纹及R角进行加热，然后在空气中空冷退火，消除了轴螺纹及螺纹与花键交界处的渗碳影响。大幅降低了了产品的硬度，从而满足产品的使用要求。而且，不再涂抹防渗涂料，减少一道工艺，更容易操作。
附图说明
图1是本发明的退火设备示意图。
图2为工件的示意图。
具体实施方式
如图2，一种汽车前后桥主动齿轮轴8，包括端部的主动齿轮轴81，主动齿轮轴81固定连接花键区82，其之间连接处的端面与主动齿轮轴81的过渡区为第一R角83，与花键区82的过渡区为第二R角84，该齿轮轴为标准工件（下称工件）。
一种汽车前后桥的主动齿轮轴经渗碳淬火后的螺纹及R角进行热处理工艺，包括以下步骤：
1. 渗碳淬火：将工件直接放在渗碳设备中渗碳淬火,然后进行回火、退火。该步骤中只是减少了对涂抹防渗涂料的工序（本步骤中，螺纹及花键不再涂防渗涂料进行保护），其他和现有技术一样。渗碳设备一般为渗碳炉，如果是渗碳连续生产线，则在一条线上进行渗碳、淬火和回火。现有技术中，经过该步骤的工件已经是成品了。该工件的螺纹区或/和R角区的硬度一般为58-64HRC。另外，本步骤中，不再使用防渗涂料，避免了涂料污染淬火油。
2. 对螺纹区或/和R角区退火：其中螺纹区的预热温度为750-800℃，预热时间为0.4-0.6秒；螺纹的加热温度为750-800℃，加热时间为4.0-5.0秒；第一R角、第二R角的加热温度为800-850℃，加热时间为7.0-8.0秒。为了使该区域的硬度降低，进行了本步骤。
3. 室温冷却：将工件在室温进行冷却。完毕。
该工艺第二步的加热区域彼此独立，为了获得较好的性能，最好每个区域都加热，但是，如果仅仅进行个别区别的加热，也应视为本发明的保护部分。
第二步的加热方式为扫描式电磁加热，这样更方便对局部加热更加精准,也更方便控制。
实施例1
该工件的热处理工艺过程包括以下步骤：
1.渗碳淬火：将工件直接放在渗碳设备中渗碳淬火,然后进行回火、退火。
2. 对螺纹区和R角区退火：其中螺纹区的预热温度为750-760℃，预热时间为0.4秒；螺纹的加热温度为750-760℃，加热时间为4.0秒；第一R角、第二R角的加热温度为800-810℃，加热时间为7.0秒。
3.室温冷却：将工件在室温进行冷却完毕。
该工件的齿轮轴螺纹及R角的表面硬度为30HRC，螺纹及花键的心部硬度一般为32HRC。
实施例2
该工件的热处理工艺过程包括以下步骤：
1.渗碳淬火：将工件直接放在渗碳设备中渗碳淬火,然后进行回火、退火。
2.对螺纹区和R角区退火：其中螺纹区的预热温度为760-770℃，预热时间为0.5秒；螺纹的加热温度为760-770℃，加热时间为4.3秒；第一R角、第二R角的加热温度为810-820℃，加热时间为7.5秒。
3.室温冷却：将工件在室温进行冷却，完毕。
该工件的齿轮轴螺纹及R角的表面硬度为33HRC，螺纹及花键的心部硬度一般为35HRC。
实施例3
该工件的热处理工艺过程包括以下步骤：
1.渗碳淬火：将工件直接放在渗碳设备中渗碳淬火,然后进行回火、退火。
2.对螺纹区和R角区退火：其中螺纹区的预热温度为770-780℃，预热时间为0.6秒；螺纹的加热温度为820-830℃，加热时间为4.7秒；第一R角、第二R角的加热温度为820-830℃，加热时间为7.3秒。
3.室温冷却：将工件在室温进行冷却。完毕。
该工件的齿轮轴螺纹及R角的表面硬度为35HRC，螺纹及花键的心部硬度一般为38HRC。
实施例4
该工件的热处理工艺过程包括以下步骤：
1.渗碳淬火：将工件直接放在渗碳设备中渗碳淬火,然后进行回火、退火。
2.对螺纹区和R角区退火：其中螺纹区的预热温度为780-790℃，预热时间为0.5秒；螺纹的加热温度为830-840℃，加热时间为5.0秒；第一R角、第二R角的加热温度为830-840℃，加热时间为7.5秒。
室温冷却：将工件在室温进行冷却。完毕。
该工件的齿轮轴螺纹及R角的表面硬度为34HRC，螺纹及花键的心部硬度一般为37HRC。
实施例5
该工件的热处理工艺过程包括以下步骤：
1.渗碳淬火：将工件直接放在渗碳设备中渗碳淬火,然后进行回火、退火。
2.对螺纹区和R角区退火：其中螺纹区的预热温度为790-800℃，预热时间为0.5秒；螺纹的加热温度为840-850℃，加热时间为5.0秒；第一R角、第二R角的加热温度为840-850℃，加热时间为7.5秒。
3.室温冷却：将工件在室温进行冷却,完毕。
该工件的齿轮轴螺纹及R角的表面硬度为33HRC，螺纹及花键的心部硬度一般为36HRC。
首先将该主动齿轮轴进行整体渗碳、淬火、回火，回火之后的硬度为58-64HRC，然后再对螺纹及花键R角处进行的高频退火，这样就能将齿轮轴螺纹及R角的表面硬度降至30-35HRC以下。为了保证花键的强度，心部硬度仍保持退火前的硬度。
如果用常规的高频退火，螺纹R角（第一R角）能达到要求，而花键R角（第二R角）就很难达到30-35HRC的技术要求，花键心部硬度也会降低至30HRC以下，同时花键的退火过度区（热影响区）也不容易控制，花键的强度会受到影响。
本申请采用扫描式对螺纹和R角分别采用不同的温度和加热时间进行自动加热，既能保证螺纹及大小R角的硬度在技术要求范围之内，还能保证螺纹及花键的心部硬度（一般为32-45HRC），同时还能很好地控制花键退火过度区（热影响区），保证花键R角以上15mm处花键的表面硬度不降低，即退火前的硬度（58-64HRC）。这样既能保证螺纹的塑韧性好，又能保证花键的强度，从而满足齿轮轴的使用要求。
一种在上述螺纹区和R角区退火步骤使用的退火设备，包括机架1，机架1固定工件移动装置与扫描加热设备上。
工件移动装置包括固定在机架1上的轨道11，轨道11上设有滑块2，滑块2的动力机构为步进电机（图中没有画出），滑块2的下端固定下底座22，其上部固定上底座24，上底座24固定上固定部25，上固定部25固定上夹具26，下底座22固定旋转电机3，旋转电机3连接旋转轴31，旋转轴31上固定下夹具23，工件固定在上夹具26与下夹具23之间，当滑块2沿轨道11上下滑动时，工件与滑块同步滑动。
扫描加热设备包括固定在机架1上的电磁加热设备4，电磁加热设备4通过加热固定部连接两个环状的感应器42，两个感应器42都设在上夹具26与下夹具23之间，工件的加工部能通过该感应器。
机架与工件移动装置为数控机床。
滑块2的上部固定轨道21，轨道21上设有底座24。这样设置，可以用来调整上夹具26与下夹具23的距离来适应长度不同的工件。
其工作原理为：
1、把工件放入数控高频退火机床带有顶尖的托盘上，两端面的中心孔分别顶在机床上面和下托盘的顶尖上，按下开关，托盘带动工件顺时针转动，并以1200mm/min的旋转速度上升到电磁感应器的位置（螺纹端面与感应器平齐平）。
2、同时电磁加热设备的感应器以电压为175V，电流为37A，频率为39500HZ的功率开始对主齿螺纹部分进行扫描式加热，此时的加热温度约为750-800℃，加热时间为0.5秒，加热期间，托盘不再上升。加热完成后载有工件的托盘以150mm/min的速度继续匀速上升，上升过程中加热不停，此时的加热时间为4.5秒。
3、当螺纹与花键交界处的第一R角83平面移动到感应器下平面时，设备自动以约800-850℃的温度对第一R角和第二R角84进行加热，此时感应器的电压为180V，电流为39A，频率为41500HZ，加热时间为7.5秒。加热期间，托盘不再上升。
4、加热完成后，托盘带动工件开始下降，退回到起始位置。
5.取出工件，室温进行冷却。

Claims (4)

1.一种主动齿轮轴螺纹及R角进行热处理工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
一、渗碳淬火：将工件直接放在渗碳设备中渗碳淬火,然后进行回火、退火；
二、对螺纹区或/和R角区退火：其中螺纹区的预热温度为750-800℃，加热时间为0.4-0.6秒，螺纹的加热温度为750-800℃，加热时间为4. 0-5.0秒；第一、第二R角的加热温度为800-850℃，加热时间为7.0-8.0秒；
三、室温冷却：将工件在室温进行冷却。
2.如权利要求1所述的主动齿轮轴螺纹及R角进行热处理工艺，其特征在于：第二步的加热方式为扫描式电磁感应加热。
3.一种在权利要求2所述的热处理工艺第二步使用的退火设备，包括机架（1），机架（1）固定工件移动装置与扫描加热设备上，其特征在于：
工件移动装置包括固定在机架（1）上的轨道（11），轨道（11）上设有滑块（2），滑块（2）的动力机构为步进电机；
滑块（2）的下端固定下底座（22），其上部固定上底座（24），上底座（24）固定上固定部（25），上固定部（25）固定上夹具（26），下底座（22）固定旋转电机（3），旋转电机（3）连接旋转轴（31），旋转轴（31）上固定下夹具（23），工件固定在上夹具（26）与下夹具（23）之间，当滑块（2）沿轨道（11）上下滑动时，工件与滑块同步滑动；
扫描加热设备包括固定在机架（1）上的电磁加热设备（4），电磁加热设备（4）通过加热固定部连接两个环状的感应器（42），两个感应器（42）都设在上夹具（26）与下夹具（23）之间，工件的加工部能通过该感应器（42）；
机架与工件移动装置为数控机床。
4.如权利要求1所述的退火设备，其特征在于：所述滑块（2）的上部固定轨道（21），轨道（21）上设有底座（24）。
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