CN113718097A - 一种薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，包括以下步骤：获取连件薄壁齿轮→粗加工→去应力→半精车→预留磨量滚齿→渗碳空冷→淬火→低温回火→将所述连件薄壁齿轮加工为单件薄壁齿轮→去应力→车加工掉余量→磨削所述单件薄壁齿轮的齿面→获得薄壁齿轮成品。本发明所提供的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，通过对所述连件薄壁齿轮进行加工，即在车加工所述连件薄壁齿轮之前，先进行渗碳淬火，然后再分开为单件薄壁齿轮，增加其渗碳淬火时齿宽方向厚度，减小翘曲变形趋势；可有效解决现有技术中，小模数大直径薄壁齿轮类零件渗碳淬火变形报废问题，提高产品质量，保证产品工期。

Description

一种薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法
技术领域
本发明涉及薄壁齿轮热处理方法领域，特别是涉及一种薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法。
背景技术
在渗碳淬火过程中，由于热应力与组织应力的共同作用，零件都会有不同程度的变形，尤其齿圈类零件的渗碳淬火变形控制一直是业界一大难题，除此之外，小模数大直径饼状薄壁齿轮由于其自身特殊结构，一直存在由于渗碳淬火变形大而导致零件报废的风险。由于模数小，公法线留磨量小，合理控制渗碳前后公法线留量和渗碳淬火涨大量，减小椭圆、锥度翘曲变形是一大难点。零件齿宽小、壁薄，渗碳淬火过程中极易引起翘曲变形，翘曲变形控制同样是一大难点。
现有技术中，对于中小型小模数薄壁齿轮，零件淬火时可采用淬火压床等专用淬火设备进行，对于大型小模数薄壁齿轮类零件，如果采用淬火压床方式进行淬火处理，淬火压床会非常庞大，且价格非常昂贵。单件加工，采用常规的渗碳淬火方法，又会由于变形严重，导致零件报废，严重影响产品进度。
因此，如何有效减少薄壁齿轮的变形，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，用于减少薄壁齿轮的变形量，提高合格率，降低成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，包括以下步骤：
获取连件薄壁齿轮→粗加工→去应力→半精车→预留磨量滚齿→渗碳空冷→淬火→低温回火→将所述连件薄壁齿轮加工为单件薄壁齿轮→去应力→车加工掉余量→磨削所述单件薄壁齿轮的齿面→获得薄壁齿轮成品。
优选的，所述步骤淬火包括：
在静止硝盐中进行淬火，并在淬火过程中旋转所述连件薄壁齿轮。
优选的，所述步骤淬火之前，还包括：
检测所述连件薄壁齿轮的上下端顶圆尺寸，使得所述连件薄壁齿轮直径较小的一端朝上放置，并对所述连件薄壁齿轮的两端采用加压大垫圈固定后装胎。
优选的，所述加压大垫圈呈环形，所述加压大垫圈的内圈直径与所述连件薄壁齿轮的内径相符，所述加压大垫圈的外圈直径与所述连件薄壁齿轮的端部台阶外圆直径相符。
优选的，所述步骤渗碳空冷包括：
对所述连件薄壁齿轮进行渗碳处理，渗碳温度为890-910℃。
优选的，对所述连件薄壁齿轮采用加压大垫圈进行装胎操作；所述加压大垫圈的内圈直径与所述连件薄壁齿轮的内径相符，所述加压大垫圈的外圈直径与所述连件薄壁齿轮的端部台阶外圆直径相符。
优选的，采用分段升温的方式对所述连件薄壁齿轮加热。
优选的，所述步骤采用分段升温的方式对所述连件薄壁齿轮加热包括：
将所述连件薄壁齿轮加热至400±20℃后，保持2-3小时；
将所述连件薄壁齿轮加热至650±20℃后，保持2-3小时；
将所述连件薄壁齿轮加热至800±20℃后，保持2-3小时；
将所述连件薄壁齿轮加热至目标温度。
优选的，所述连件薄壁齿轮包括2-4件单件薄壁齿轮。
优选的，所述薄壁齿轮的直径≥1000mm，齿宽≤100mm。
本发明所提供的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，包括以下步骤：获取连件薄壁齿轮→粗加工→去应力→半精车→预留磨量滚齿→渗碳空冷→淬火→低温回火→将所述连件薄壁齿轮加工为单件薄壁齿轮→去应力→车加工掉余量→磨削所述单件薄壁齿轮的齿面→获得薄壁齿轮成品。本发明所提供的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，通过对所述连件薄壁齿轮进行加工，即在车加工所述连件薄壁齿轮之前，先进行渗碳淬火，然后再分开为单件薄壁齿轮，增加其渗碳淬火时齿宽方向厚度，减小翘曲变形趋势；可有效解决现有技术中，小模数大直径薄壁齿轮类零件渗碳淬火变形报废问题，提高产品质量，保证产品工期。
在一种优选实施方式中，所述步骤渗碳空冷包括：对所述连件薄壁齿轮进行渗碳处理，渗碳温度为890-910℃。上述设置，采用较低的温度进行渗碳，来减小渗碳速度，同时有利于渗碳层深的精确控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法一种具体实施方式的流程图；
图2为本发明所提供的连件薄壁齿轮一种具体实施方式的结构示意图；
图3为本发明所提供的薄壁齿轮一种具体实施方式的结构示意图；
其中：1-连件薄壁齿轮；2-薄壁齿轮。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，用于减少薄壁齿轮的变形量，提高合格率，降低成本。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明所提供的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法一种具体实施方式的流程图；图2为本发明所提供的连件薄壁齿轮一种具体实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供的薄壁齿轮一种具体实施方式的结构示意图。
在该实施方式中，薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法包括以下步骤：
获取连件薄壁齿轮1→粗加工→去应力→半精车→预留磨量滚齿→渗碳空冷→淬火→低温回火→将连件薄壁齿轮1加工为单件薄壁齿轮→去应力→车加工掉余量→磨削单件薄壁齿轮的齿面→获得薄壁齿轮成品2。
具体的，本实施方式中的薄壁齿轮，优选为直径≥1000mm，齿宽≤100mm的薄壁齿轮。
进一步，连件薄壁齿轮1为多件连件铸件，优选为2-4件连件铸件，增加其渗碳淬火时齿宽方向厚度，减小翘曲变形趋势。如图2中所示，连件薄壁齿轮1为两件连件铸件；在对连件薄壁齿轮1加工为单件薄壁齿轮之前，先进行渗碳空冷处理；在渗碳淬火前采用多件连件铸件加工，可增加齿宽方向厚度，减小翘曲变形，从而减小零件整体变形。
更进一步，渗碳前、粗加工后进行去应力处理，充分消除热处理前加工应力，避免其在热处理加热过程中释放，与热处理过程中的组织应力、热应力叠加增加变形；另外，由于零件模数小，渗碳淬火后磨量相对也较小，渗碳淬火过程中涨大量不够可能导致磨齿磨不出来，涨大量偏大可能会产生齿根凸台，热处理前预估涨大量，冷热加工配合，合理预估磨量。
在上述各实施方式的基础上，步骤淬火包括：
在静止硝盐中进行淬火，并在淬火过程中旋转连件薄壁齿轮1。采用硝盐等温淬火，淬火前硝盐提前开启搅拌，零件出炉前关闭搅拌，零件淬静止硝盐浴，淬火冷却过程中旋转、窜动，保证各部位冷却均匀。
在上述各实施方式的基础上，步骤淬火之前，还包括：
检测连件薄壁齿轮1的上下端顶圆尺寸，使得连件薄壁齿轮1直径较小的一端朝上放置，并对连件薄壁齿轮1的两端采用加压大垫圈固定后装胎。具体的，在渗碳后检测齿轮齿顶圆，淬火时小端朝上，两端采用加压大垫圈装胎，有利于减小淬火后的锥度和翘曲变形。
在上述各实施方式的基础上，加压大垫圈呈环形，加压大垫圈的内圈直径与连件薄壁齿轮1的内径相符，加压大垫圈的外圈直径与连件薄壁齿轮1的端部台阶外圆直径相符。具体的，如图2所示，连件薄壁齿轮1的两端设有台阶，作为加工余量，加压大垫圈的尺寸应当与该台阶的尺寸一致，以提高大垫圈与连件薄壁齿轮1的接触面积。
在上述各实施方式的基础上，步骤渗碳空冷包括：对所述连件薄壁齿轮1进行渗碳处理，渗碳温度为890-910℃，相比于现有技术而言，采用较低的温度进行渗碳，既能减小变形同时还减慢了渗碳速度，有利于小模数浅层深的精确控制，避免层深超差。
在上述各实施方式的基础上，对连件薄壁齿轮1采用加压大垫圈进行装胎操作；加压大垫圈的内圈直径与连件薄壁齿轮1的内径相符，加压大垫圈的外圈直径与连件薄壁齿轮1的端部台阶外圆直径相符。具体的，大垫圈的尺寸与连件薄壁齿轮1的接触面大，一方面有利于零件各部位受热均匀，减小锥度和椭圆变形，此外施加压力有利于减小翘曲变形。
在上述各实施方式的基础上，采用分段升温的方式对连件薄壁齿轮1加热。
优选的，步骤采用分段升温的方式对连件薄壁齿轮1加热包括：
将连件薄壁齿轮1加热至400±20℃后，保持2-3小时；
将连件薄壁齿轮1加热至650±20℃后，保持2-3小时；
将连件薄壁齿轮1加热至800±20℃后，保持2-3小时；
将连件薄壁齿轮1加热至目标温度。
进一步，渗碳、淬火升温时，均优选采用分段均温升温的方式，减小升温速度，减小变形。
在一种具体实施例中，由于热处理变形与温度有很大的关系，通常温度越高，变形越大，为减小变形采用较低的渗碳温度，优选为890-910℃渗碳；薄壁齿轮的模数小，相应硬化层深就浅，采用较低的温度渗碳，减小渗碳速度，同时还有利于渗碳层深的精确控制；在对薄壁齿轮进行渗碳装胎时，连件薄壁齿轮1的上下两端采用加压大垫圈装胎，并且，渗碳和淬火时，可采用同一组的大垫圈；一方面有利于零件各部位受热均匀，减小锥度和椭圆，此外施加压力有利于减小翘曲变形；同时，采用分段升温，降低升温速度，尽量使零件各截面受热均匀，减小由于受热不均引起的变形；渗碳后检测连件薄壁齿轮1的上下端面齿顶圆尺寸，小端朝上，连件薄壁齿轮1的两端采用加压大垫圈装胎。硝盐提前开启搅拌，连件薄壁齿轮1出炉前关闭搅拌，对薄壁齿轮连件淬静止硝盐浴，淬火冷却过程中旋转、窜动，保证各部位冷却均匀；将连件薄壁齿轮1车加工为单件薄壁齿轮后，在获得薄壁齿轮成品2之前去应力处理，充分消除机加工应力。
本实施例所提供的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，操作简单，易于实现；只需要投上下加压大垫圈，价格低廉，加工简单；该方法通用性强；对于不同尺寸的小模数大直径薄壁齿轮，只需要更换上下加压大垫圈即可实现通用；该方法操作简单、安全，通过改善和选择合理的热处理工艺参数来保证最终质量的实现；该方法可有效解决现有技术小模数大直径薄壁齿轮类零件渗碳淬火变形报废问题，提高产品质量，保证产品工期。
以上对本发明所提供的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取连件薄壁齿轮(1)→粗加工→去应力→半精车→预留磨量滚齿→渗碳空冷→淬火→低温回火→将所述连件薄壁齿轮(1)加工为单件薄壁齿轮→去应力→车加工掉余量→磨削所述单件薄壁齿轮的齿面→获得薄壁齿轮成品(2)。
2.根据权利要求1所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，所述步骤淬火包括：
在静止硝盐中进行淬火，并在淬火过程中旋转所述连件薄壁齿轮(1)。
3.根据权利要求1所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，所述步骤淬火之前，还包括：
检测所述连件薄壁齿轮(1)的上下端顶圆尺寸，使得所述连件薄壁齿轮(1)直径较小的一端朝上放置，并对所述连件薄壁齿轮(1)的两端采用加压大垫圈固定后装胎。
4.根据权利要求3所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，所述加压大垫圈呈环形，所述加压大垫圈的内圈直径与所述连件薄壁齿轮(1)的内径相符，所述加压大垫圈的外圈直径与所述连件薄壁齿轮(1)的端部台阶外圆直径相符。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，所述步骤渗碳空冷包括：
对所述连件薄壁齿轮(1)进行渗碳处理，渗碳温度为890-910℃。
6.根据权利要求5所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，对所述连件薄壁齿轮(1)采用加压大垫圈进行装胎操作；所述加压大垫圈的内圈直径与所述连件薄壁齿轮(1)的内径相符，所述加压大垫圈的外圈直径与所述连件薄壁齿轮(1)的端部台阶外圆直径相符。
7.根据权利要求5所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，采用分段升温的方式对所述连件薄壁齿轮(1)加热。
8.根据权利要求7所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，所述步骤采用分段升温的方式对所述连件薄壁齿轮(1)加热包括：
将所述连件薄壁齿轮(1)加热至400±20℃后，保持2-3小时；
将所述连件薄壁齿轮(1)加热至650±20℃后，保持2-3小时；
将所述连件薄壁齿轮(1)加热至800±20℃后，保持2-3小时；
将所述连件薄壁齿轮(1)加热至目标温度。
9.根据权利要求1至4任意一项所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，所述连件薄壁齿轮(1)包括2-4件单件薄壁齿轮。
10.根据权利要求1至4任意一项所述的薄壁齿轮的渗碳淬火变形控制方法，其特征在于，所述薄壁齿轮的直径≥1000mm，齿宽≤100mm。
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