CN109837379A - 一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性超薄壁齿轮的强韧性复合热处理工艺，通过实施三次热处理工艺：球化退火、高温淬火和高温回火、等温淬火，有效改善了柔性齿轮的抗拉强度和冲击韧性。经力学性能检测，经过本发明热处理工艺后的柔性齿轮的抗拉强度和冲击韧性，比常规热处理后的柔性齿轮提高许多，柔性齿轮使用寿命达到5000小时以上。

Description

一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺

技术领域

本发明属于零件热处理领域，具体涉及一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺。

背景技术

柔性齿轮是谐波减速机的主要零件，需要有高强度与高韧性相配合的机械性能。由于齿轮的齿形特殊，壁厚只有0.5毫米，柔性齿轮在工作中不断的变形和输出扭力，造成早期断裂和扭曲变形失效。导致柔性齿轮使用寿命在100小时到1000小时不等，严重影响产品的性能，制造成本和售后服务成本增加。由于齿轮壁很薄，受冲击载荷后容易断裂和扭曲，在壁厚一样的条件下，只有提高零件的抗拉强度和抗冲击韧性，才能提高使用寿命。现研究一种针对薄壁件柔性齿轮的特殊热处理工艺，可以提高强度和冲击韧性的复合热处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性超薄壁齿轮的强韧性复合热处理工艺，通过实施热处理与加工相结合的工艺，有效改善了柔性齿轮的抗拉强度和冲击韧性。经力学性能检测，经过本发明热处理工艺后的柔性齿轮的抗拉强度和冲击韧性，比常规热处理后的柔性齿轮提高许多，柔性齿轮使用寿命达到5000小时以上。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将毛坯料经过第一次热处理：先对齿轮零件进行球化退火热处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至Ac1+(20～30)℃，保温t1时间后，再以30～50℃/h的降温速度炉冷至550±10℃，然后进行空冷至室温，最后进行粗车加工。Ac1线是共析线，是指含碳量在0.77～2.11％wt的铁碳合金加热到此线时，发生珠光体向奥氏体转变的起始温度，是共析钢的临界温度；

(2)将经过步骤(1)的所述齿轮零件进行第二次热处理：先高温淬火处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至Ac3+(30～50)℃，保温t2时间后，再经快速光亮淬火油冷至≤80℃后进行清洗，然后经高温回火处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至650±10℃，保温t3时间后空冷降至室温，最后进行半精加工。Ac3是亚共析钢。即含碳量＜0.77％wt的钢，在加热时铁素体转变成奥氏体的起始温度，是亚共析钢的一个临界温度；

(3)将经过步骤(2)齿轮进行第三次热处理：先等温淬火处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至Ac3+(10～20)℃，保温t4时间后，淬入350±10℃硝盐等温液冷却90～120min后放进60±10℃清洗液中清洗，然后回火处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至450±10℃，保温t5时间后空冷降温，最后进行精加工处理。

进一步，保温时间t＝k×D+b，其中k为加热系数，单位为分/毫米，D为工件有效厚度，单位为毫米，b为附加时间，单位为分。

进一步，步骤(1)中t1＝k1×D+b1，其中k1取2.5～4.0,b1取40～60min。

进一步，步骤(2)中t2＝k2×D+b2，其中k2取2.0～3.0,b2取20～30min；t3＝k3×D+b3，其中k3取2.5～4.0,b3取30～50min。

进一步，步骤(3)中t4＝k4×D+b4，其中k4取2.5～4.0,b4取20～30min；t5＝k5×D+b5，其中k5取2.5～4.0,b5取40～60min。

进一步，步骤(1)中的毛坯料为45CrNiMoVA。

进一步，步骤(1)的球化退火热处理中，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至720℃±10℃，保温时间为80min。

进一步，步骤(2)的高温淬火处理中，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至870℃±10℃，保温时间为45min；高温回火处理中，保温时间为60min。

进一步，步骤(3)的等温淬火处理中，以≤150℃/h的升温速率升温至840℃±10℃，保温时间为35min；回火处理中，保温时间为60min。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明所制成的柔性齿轮经过热处理与加工相结合的工艺，细化晶粒，增强柔性齿轮的塑性和韧性，减缓了由于不间断遭受形变而导致的断裂和扭曲，延长其使用寿命。通过本发明所制成的柔性齿轮经过力学性能测试，其抗拉强度和冲击韧性相比传统热处理后的柔性齿轮提高许多，大大延长其使用寿命至5000小时以上，节约了制造成本和售后服务成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明的热处理曲线；

图2为本发明步骤(1)的球化退火热处理曲线；

图3为本发明步骤(2)的高温淬火和高温回火曲线；

图4为本发明步骤(3)的等温淬火和回火曲线；

具体实施方式

本发明三次热处理工艺的曲线如图1至图3所示。

实施例1

谐波减速器使用柔性齿轮材料为45CrNiMoVA。对谐波减速器柔性齿轮毛坯尺寸为Φ68/Φ57×37(单位：毫米)的工件实施球化退火工艺，高温淬火和高温回火工艺，等温淬火和回火工艺，包括以下步骤：

(1)将30件毛坯件放入料框，每件相距20毫米保证加热均匀，进行第一次热处理工艺：球化退火工艺，以150℃/h升温速率升至720℃，保温80min时间后，随炉降温以30℃/h的降温速度降到550℃空冷，经粗车加工，零件厚度为5.5毫米。

(2)将球化退火后经粗加工后的零件进行第二次热处理工艺：高温淬火处理+高温回火处理，以150℃/h的升温速率升温至870℃，保温45min，经快速光亮淬火油冷至80℃后进行清洗后；然后以150℃/h的升温速率升温至650℃，保温60min后空冷降温，经半精加工，零件厚度为4毫米。

(3)将高温淬火处理+高温回火处理后，经半精加工的齿轮零件进行第三次热处理工艺：等温淬火处理+回火处理，以150℃/h的升温速率升温至840℃，保温35min后，淬入350℃硝盐等温液冷却100min后放进60℃清洗液中清洗；然后以150℃/h的升温速率升温至450℃，保温60min后空冷降温，经精加工制成柔性齿轮。

实施例2

谐波减速器使用柔性齿轮材料为45CrNiMoVA。对谐波减速器柔性齿轮毛坯尺寸为Φ68/Φ57×37(单位：毫米)的工件实施球化退火工艺，高温淬火和高温回火工艺，等温淬火和回火工艺，包括以下步骤：

(1)将30件毛坯件放入料框，每件相距20毫米保证加热均匀，进行第一次热处理工艺：球化退火工艺，以150℃/h升温速率升至710℃，保温65min时间后，随炉降温以30℃/h的降温速度降到550℃空冷，经粗车加工，零件厚度为5.5毫米。

(2)将球化退火后经粗加工后的零件进行第二次热处理工艺：高温淬火处理+高温回火处理，以150℃/h的升温速率升温至850℃，保温30min，经快速光亮淬火油冷至80℃后进行清洗后；然后以150℃/h的升温速率升温至640℃，保温45min后空冷降温，经半精加工，零件厚度为4毫米。

(3)将高温淬火处理+高温回火处理后，经半精加工的齿轮零件进行第三次热处理工艺：等温淬火处理+回火处理，以150℃/h的升温速率升温至830℃，保温30min后，淬入350℃硝盐等温液冷却90min后放进50℃清洗液中清洗；然后以150℃/h的升温速率升温至440℃，保温50min后空冷降温。

实施例3

谐波减速器使用柔性齿轮材料为45CrNiMoVA。对谐波减速器柔性齿轮毛坯尺寸为Φ68/Φ57×37(单位：毫米)的工件实施球化退火工艺，高温淬火和高温回火工艺，等温淬火和回火工艺，包括以下步骤：

(1)将30件毛坯件放入料框，每件相距20毫米保证加热均匀，进行第一次热处理工艺：球化退火工艺，以150℃/h升温速率升至730℃，保温100min时间后，随炉降温以30℃/h的降温速度降到550℃空冷，经粗车加工，零件厚度为5.5毫米。

(2)将球化退火后经粗加工后的零件进行第二次热处理工艺：高温淬火处理+高温回火处理，以150℃/h的升温速率升温至850℃，保温50min，经快速光亮淬火油冷至80℃后进行清洗后；然后以150℃/h的升温速率升温至660℃，保温70min后空冷降温，经半精加工，零件厚度为4毫米。

(3)将高温淬火处理+高温回火处理后，经半精加工的齿轮零件进行第三次热处理工艺：等温淬火处理+回火处理，以150℃/h的升温速率升温至850℃，保温45min后，淬入350℃硝盐等温液冷却90min后放进50℃清洗液中清洗；然后以150℃/h的升温速率升温至460℃，保温75min后空冷降温。

实施例4

谐波减速器使用柔性齿轮材料为45CrNiMoVA。对谐波减速器柔性齿轮毛坯尺寸为Φ68/Φ57×37(单位：毫米)的工件实施球化退火工艺，高温淬火和高温回火工艺，等温淬火和回火工艺，包括以下步骤：

(1)将30件毛坯件放入料框，每件相距20毫米保证加热均匀，进行第一次热处理工艺：球化退火工艺，以130℃/h升温速率升至720℃，保温90min时间后，随炉降温以50℃/h的降温速度降到550℃空冷，经粗车加工，零件厚度为5.5毫米。

(2)将球化退火后经粗加工后的零件进行第二次热处理工艺：高温淬火处理+高温回火处理，以130℃/h的升温速率升温至850℃，保温35min，经快速光亮淬火油冷至80℃后进行清洗后；然后以150℃/h的升温速率升温至650℃，保温50min后空冷降温，经半精加工，零件厚度为4毫米。

(3)将高温淬火处理+高温回火处理后，经半精加工的齿轮零件进行第三次热处理工艺：等温淬火处理+回火处理，以130℃/h的升温速率升温至850℃，保温40min后，淬入350℃硝盐等温液冷却95min后放进50℃清洗液中清洗；然后以130℃/h的升温速率升温至460℃，保温65min后空冷降温。

对比例1

谐波减速器使用柔性齿轮材料为45CrNiMoVA。对毛坯尺寸为Φ68/Φ57×37(单位：毫米)的工件进行加工成谐波减速器柔性齿轮后，实施传统柔性齿轮真空淬火和真空回火的热处理工艺，包括以下步骤：

(1)将30件毛坯件放入料框，每件相距20毫米保证加热均匀，放入真空炉内，以≤150℃/h的升温速率升温至850℃，保温45min后，经快速光亮淬火油冷至≤80℃，经粗车加工。

(2)以≤150℃/h的升温速率升温至500℃真空回火，保温60min后，经快速光亮淬火油冷至室温，经精加工。

测试实施例1至实施例4和对比例1所制造的柔性齿轮的力学性能，结果如表1所示。

表1：谐波减速器薄壁柔性齿轮的力学性能。

对比传统热处理工艺，经过本发明复合热处理工艺的柔性齿轮在抗拉强度和冲击功方面有着显著的提升，说明本发明热处理工艺能有效提升柔性齿轮韧性和塑性，从而提升柔性齿轮的使用寿命。

将实施例1至实施例4中未进行力学性能测试的柔性齿轮装入谐波减速器正常负载试验，柔性齿轮连续运行使用寿命达到5000小时以上。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将毛坯料经过第一次热处理：先对齿轮零件进行球化退火热处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至Ac1+(20～30)℃，保温t1时间后，再以30～50℃/h的降温速度炉冷至550±10℃，然后进行空冷至室温，最后进行粗车加工；

(2)将经过步骤(1)的所述齿轮零件进行第二次热处理：先高温淬火处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至Ac3+(30～50)℃，保温t2时间后，再经快速光亮淬火油冷至≤80℃后进行清洗，然后经高温回火处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至650±10℃，保温t3时间后空冷降至室温，最后进行半精加工；

(3)将经过步骤(2)齿轮进行第三次热处理：先等温淬火处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至Ac3+(10～20)℃，保温t4时间后，淬入350±10℃硝盐等温液冷却90～120min后放进60±10℃清洗液中清洗，然后回火处理，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至450±10℃，保温t5时间后空冷降温，最后进行精加工处理。

2.根据权利要求1所述的一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于：所述保温时间t＝k×D+b，其中k为加热系数，单位为分/毫米，D为工件有效厚度，单位为毫米，b为附加时间，单位为分。

3.根据权利要求2所述的一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(1)中t1＝k1×D+b1，其中k1取2.5～4.0,b1取40～60min。

4.根据权利要求2所述的一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)中t2＝k2×D+b2，其中k2取2.0～3.0,b2取20～30min；t3＝k3×D+b3，其中k3取2.5～4.0,b3取30～50min。

5.根据权利要求2所述的一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于：步骤(3)中t4＝k4×D+b4，其中k4取2.5～4.0,b4取20～30min；t5＝k5×D+b5，其中k5取2.5～4.0,b5取40～60min。

6.根据权利要求1所述的一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于：步骤(1)中所述的毛坯料为45CrNiMoVA。

7.根据权利要求6所述的一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(1)所述的球化退火热处理中，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至720℃±10℃，保温时间为80min。

8.根据权利要求6所述的一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)所述的高温淬火处理中，以≤150℃/h的升温速率均匀加热至870℃±10℃，保温时间为45min；所述的高温回火处理中，保温时间为60min。

9.根据权利要求6所述的一种针对谐波减速器薄壁柔性齿轮的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(3)所述的等温淬火处理中，以≤150℃/h的升温速率升温至840℃±10℃，保温时间为35min；所述的回火处理中，保温时间为60min。