CN111057832B - 一种螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法 - Google Patents

一种螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法，通过设计淬火模具合理分配冷却油路，涨环模具位于杆部中心孔上方且对杆部中心孔顶部施加压力，实现了杆部外圆和齿部的淬火变形控制。

Description

一种螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法
技术领域
本发明涉及热处理领域，尤其涉及一种螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法。
背景技术
零件在淬火过程中由于急速冷却产生的组织应力将导致零件产生淬火变形，尤其对于零件厚度不均或辐板较大且薄的零件，淬火变形极难控制。由于淬火变形不可消除，仅能采取一定的方式进行控制，因此目前常采用压力淬火来约束零件的淬火变形，但若控制方式采取不当或冷却油路分布不合理，将导致变形不均匀，影响整个产品的尺寸结构，极大的影响最终产品质量。航空产品中涉及一种9310材料渗碳淬火螺旋锥齿轮零件，其结构为长杆且薄辐板的锥齿轮零件，杆部外圆和齿部渗碳处理，经淬火后要求杆部外圆跳动≤0.10，齿端面跳动≤0.10，齿部根锥相对根锥模拟件尺寸的读数在+0.05～+0.16之间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种杆部外圆和齿部的淬火变形控制的螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法，包括以下步骤：
S1、对螺旋锥齿轮零件的杆部外圆和齿部进行渗碳处理后再整体镀保护层；
S2、将螺旋锥齿轮零件和渗碳剂置于反应炉内升温至 815±6℃温度下进行预热处理；
S3、将螺旋锥齿轮零件置于淬火模具中进行压床淬火，冷却到预定温度后取出；
S4、将螺旋锥齿轮零件进行冷处理后再进行回火处理，冷却后除去保护层得到螺旋锥齿轮；
所述淬火模具包括上心模和下心模，所述上心模和下心模用于定位及控制杆部变形，所述下心模设置于杆部中心孔内并贯穿整个杆部，所述上心模位于杆部中心孔内上端并位于下心模和杆部中心孔的内壁之间；
所述淬火模具包括上模和下模；所述上模和下模用于控制齿部变形，所述上模包括内环模具和涨环模具，所述内环模具位于齿部上方且施加压力于齿顶区域，所述涨环模具位于杆部中心孔上方且对杆部中心孔顶部施加压力，所述下模包括底模和支撑环，所述底模上部沿杆部外侧周向设置且用于支撑齿背部端面，所述底模下部位于杆部下方且套接于下心模上，所述支撑环位于底模和杆部之间且用于支撑辐板轴肩处；
所述内环模具和底模的侧壁开设有供淬火油通过的通孔，所述底模底部开设有供淬火油通过的通孔。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述涨环模具在靠近杆部的一侧还设有顶尖。
所述内环模具施加的压力值为100～250psi；所述涨环模具施加的压力值为50～150psi。
所述步骤S3中，所述压床淬火的起始油温为50～80℃。
所述步骤S4中，所述冷处理的温度为-90～-100℃，时间为4～4.5h。
所述步骤S4中，所述回火处理的温度为150±6℃，时间为4～4.5h。
所述步骤S4中，所述冷处理后和回火处理前，螺旋锥齿轮零件还需回温至室温。
所述步骤S1中，所述保护层为铜层，所述铜层的厚度为0.04～0.06mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过对影响零件淬火变形的因素及变形趋势的分析，形成了解决该结构零件淬火变形控制的方案，通过设计淬火模具合理分配冷却油路，涨环模具位于杆部中心孔上方且对杆部中心孔顶部施加压力，实现了杆部外圆和齿部的淬火变形控制，工艺技术合理，为同材料类似结构零件的淬火变形控制提供了技术参考。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明零件压床淬火时安装示意图。
图中各标号表示：1、下心模；2、上心模；3、支撑环；4、底模；5、内环模具；6、涨环模具；7、机床封油圈；8、螺旋锥齿轮零件。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
实施例1：
如图1所示，本实施例的一种螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法，具体包括以下步骤：
（1）对螺旋锥齿轮零件8的杆部外圆和齿部进行渗碳处理后，整体镀铜，铜层厚度0.04mm；
（2）对螺旋锥齿轮零件8进行预热处理：将螺旋锥齿轮零件8与少量渗碳剂一同装箱，将箱子放置在箱式炉内进行加热至815℃，保温130min。
本实施例中，渗碳剂的作用是防止零件加热时氧化脱碳，渗碳剂在箱子底部平铺一层即可，厚度为10mm左右。箱子一般采用不锈钢制成，可根据情况自行设计大小，无特殊要求。
（3）将螺旋锥齿轮零件8置于淬火模具内在压力淬火机床上进行淬火，淬火起始油温为65℃，直至零件油冷到100℃以下时，将螺旋锥齿轮零件取出。
如图2所示，压床淬火时，淬火模具包括上心模2和下心模1，上心模2和下心模1用于定位及控制杆部变形，下心模1设置于杆部中心孔内并贯穿整个杆部，上心模2位于杆部中心孔内上端并位于下心模1和杆部中心孔的内壁之间。
本实施例中，淬火模具包括上模和下模；上模和下模用于控制齿部变形，上模包括内环模具5和涨环模具6，内环模具5位于齿部上方且施加压力于齿顶区域，涨环模具6位于杆部中心孔上方且对杆部中心孔顶部施加压力，下模包括底模4和支撑环3，底模4上部沿杆部外侧周向设置且用于支撑齿背部端面，底模4下部位于杆部下方且套接于下心模1上，支撑环3位于底模4和杆部之间且用于支撑辐板轴肩处。
内环模具5和底模4的侧壁开设有供淬火油通过的多个通孔，底模4底部开设有供淬火油通过的多个通孔，淬火油路径如图2箭头所示。
本实施例中，涨环模具6在靠近杆部的一侧还设有顶尖，顶尖作用于杆部中心孔。
本实施例中，内环模具5施加的压力值为200psi；涨环模具6施加的压力值为130psi。
上模均设置了与螺旋锥齿轮零件8相匹配的模压面，下模设置了与螺旋锥齿轮零件8相匹配的支撑面且下模与上模压力点对应。
（4）螺旋锥齿轮零件8淬火后2h内进行冷处理，温度为-95℃，时间为4.5h。
（5）螺旋锥齿轮零件8冷处理回复至室温后3h内进行回火，温度为150℃，时间为4.5h，然后空冷到室温。
（6）螺旋锥齿轮零件8整体除铜后检查尺寸，得到螺旋锥齿轮。
检验螺旋锥齿轮，杆部外圆跳动0.07，齿端面跳动0.09，齿部根锥相对根锥模拟件尺寸的读数在+0.09～+0.15。结论：合格。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种螺旋锥齿轮的热处理变形控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对螺旋锥齿轮零件(8)的杆部外圆和齿部进行渗碳处理后再整体镀保护层；
S2、将螺旋锥齿轮零件(8)和渗碳剂置于反应炉内升温至815±6℃温度下进行预热处理；
S3、将螺旋锥齿轮零件(8)置于淬火模具中进行压床淬火，冷却到预定温度后取出；
S4、将螺旋锥齿轮零件(8)进行冷处理后再进行回火处理，冷却后除去保护层得到螺旋锥齿轮；
所述淬火模具包括上心模(2)和下心模(1)，所述上心模(2)和下心模(1)用于定位及控制杆部变形，所述下心模(1)设置于杆部中心孔内并贯穿整个杆部，所述上心模(2)位于杆部中心孔内上端并位于下心模(1)和杆部中心孔的内壁之间；
所述淬火模具还包括上模和下模；所述上模和下模用于控制齿部变形，所述上模包括内环模具(5)和涨环模具(6)，所述内环模具(5)位于齿部上方且施加压力于齿顶区域，所述涨环模具(6)位于杆部中心孔上方且对杆部中心孔顶部施加压力，所述下模包括底模(4)和支撑环(3)，所述底模(4)上部沿杆部外侧周向设置且用于支撑齿背部端面，所述底模(4)下部位于杆部下方且套接于下心模(1)上，所述支撑环(3)位于底模(4)和杆部之间且用于支撑辐板轴肩处；
所述内环模具(5)和底模(4)的侧壁开设有供淬火油通过的通孔，所述底模(4)底部开设有供淬火油通过的通孔；所述内环模具(5)施加的压力值为100～250psi；所述涨环模具(6)施加的压力值为50～150psi；
所述涨环模具(6)在靠近杆部的一侧还设有顶尖。
2.根据权利要求1所述的热处理变形控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述压床淬火的起始油温为50～80℃。
3.根据权利要求1所述的热处理变形控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述冷处理的温度为-90～-100℃，时间为4～4.5h。
4.根据权利要求1所述的热处理变形控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述回火处理的温度为150±6℃，时间为4～4.5h。
5.根据权利要求1所述的热处理变形控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述冷处理后和回火处理前，螺旋锥齿轮零件(8)还需回温至室温。
6.根据权利要求1所述的热处理变形控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述保护层为铜层，所述铜层的厚度为0.04～0.06mm。
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