CN117144286B - 一种齿轮齿面渗氮处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及齿轮齿面处理技术领域，具体为一种齿轮齿面渗氮处理设备，渗氮处理设备包括底座、筒盖、物料盘、阳极、氛围进气管、出气管；底座置于基础之上，筒盖下端与底座上表面为扣合装配，物料盘设置在底座上表面中央，物料盘可绕竖直轴线转动，阳极设置在筒盖内壁上，氛围进气管连接到底座上，出气管连接在筒盖上表面，物料盘上放置的待处理齿轮接直流电源阴极。阳极上放电位置紧邻齿轮齿牙表面。阳极包括电极杆、滑移针、伸缩节，电极杆两端分别被伸缩节安装在筒盖内壁上，电极杆接直流电源正极，电极杆下端所在伸缩节还水平延伸出滑移针，滑移针径向抵住齿轮齿面，齿轮在物料盘上叠放时投影完全重合。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮齿面处理技术领域，具体为一种齿轮齿面渗氮处理设备。
背景技术
氮化处理是一种特殊的金属零件表面处理方式，在表层金属晶格中渗入氮原子可以有效提升零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性，耐高温性等等。
齿轮作为一种工业上最常用的精确传动部件，齿轮的结构强度直接影响了整个运行系统的可靠性，齿轮在高速运动场合，表面温度很高，一般需要润滑油润滑并且辅以强制冷却。齿轮在高速啮合传动过程中，表面的点蚀烧伤是最常发生的故障，提高齿轮齿面的耐高温性能可以显著减少点蚀发生情况。高精齿面一般进行渗氮处理提升齿面综合性能。
现有技术中，渗氮处理一般有气体渗氮和离子渗氮，都仅仅是将待处理的齿轮直接丢入氮氛围，让氮原子自发渗入齿轮表面或者通过齿轮与装置内壁电场的作用渗入齿轮表面；
其中离子渗氮工艺中，真空环境下，氮元素迁移缓慢，在一处位置发生渗氮过程后，此处氮元素稀薄，进行下一步渗氮的概率降低，渗氮效率受到影响，而且，齿轮接阴极，装置内壁接阳极，由于电离路径较远，电压积聚不稳定，可能出现击穿间隙的电弧放电而不是引起氮气分子自激导电的辉光放电，电弧放电不仅白白耗费能量，还在齿轮表面局部造成烧伤，影响渗氮质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种齿轮齿面渗氮处理设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种齿轮齿面渗氮处理设备，渗氮处理设备包括底座、筒盖、物料盘、阳极、氛围进气管、出气管；底座置于基础之上，筒盖下端与底座上表面为扣合装配，物料盘设置在底座上表面中央，物料盘可绕竖直轴线转动，阳极设置在筒盖内壁上，氛围进气管连接到底座上，出气管连接在筒盖上表面，物料盘上放置的待处理齿轮接直流电源阴极。
多个待处理的齿轮叠放在物料盘上，齿轮与齿轮之间有间隙，这个可以通过物料盘上将齿轮串起来的杆上设置套筒类部件隔开，之后筒盖被吊装自上而下盖住所有齿轮，筒盖和底座闭合构成封闭空间，然后出气管将齿轮所在区域的原有空气抽走达到渗氮处理所需的真空度，然后为内部环境通入氮气氛围，从氛围进气管注入，齿轮作为电源阴极，配合阳极，在筒盖内部形成直流电场，引导内部负压状态下的氮气分子辉光放电电离为氮正离子，氮正离子受齿轮阴极吸引而撞击向齿轮表面完成渗氮过程，物料盘转动可以扰动筒盖内部分子进行流动迁移，即使补充已经电离渗入的氮气分子的空洞区域，也让已经完成渗氮的表面迁移往相对高浓度氮原子的其他区域，进行后续渗氮过程，保持渗氮高效进行。
进一步的，底座上表面设置进气槽，氛围进气管连接至进气槽内，进气槽内具有加热结构。氛围进气管注入的氮气在进气槽被预热，提高分子活性，能够更容易在后续扩散过程被电离为原子态进行渗氮过程。
进一步的，阳极上放电位置紧邻齿轮齿牙表面。阳极与齿轮表面之间通直流电建立电场，弥散其间的氮气分子被电离为氮原子撞击向齿轮表面完成渗氮，阳极与齿轮之间越近，所需要的电源电压越小，离子渗氮耗能越少，电压波动范围小，不容易出现击穿间隙而之间电弧放电的情况。
进一步的，阳极包括电极杆、滑移针、伸缩节，电极杆两端分别被伸缩节安装在筒盖内壁上，电极杆接直流电源正极，电极杆下端所在伸缩节还水平延伸出滑移针，滑移针径向抵住齿轮齿面，齿轮在物料盘上叠放时投影完全重合。
齿轮在随物料盘转动过程中，不断推着滑移针在筒盖内壁上伸出与收回，对应电极杆也不断变化水平面投影位置，电极杆与齿轮表面之间的径向间距是放电间隙，氮气分子在这一固定间隙中被电离并渗入齿轮表面，即渗氮过程不是所有位置同步进行的，而是随齿轮转动而不断前进的一条圆周扫描线是渗氮位置，渗氮时间有所增加，但是，扫描过程中单次渗氮量则是相对均匀的，可以获得近乎一致的渗氮厚度，瞬间电离量少从而为之供能的直流电源不用很大，而且，本装置单次也只处理几个叠放在一起的齿轮，为小批量的渗氮作业，适用在非标齿轮的小规模处理场合，可以快速满足渗氮作业的工作条件。
进一步的，渗氮处理设备还包括氮气罐、真空泵，真空泵设置在出气管上，真空泵出口连接到氮气罐上，真空泵出口还有一条支路直排大气，氮气罐还与氛围进气管连接，真空泵与氮气罐连接的管路上设置氮气分离结构。
齿轮全部放上物料盘并且筒盖与底座对合后，真空泵抽吸气体排尽筒盖内空气，此时直排大气，在末尾阶段筒盖内尚有微量空气时，此时需要通入氮气将之冲洗置换出来，此过程消耗大量冲洗用氮气，冲洗阶段将真空泵排向氮气罐，回收氮气防止浪费，微量空气则被氮气分离结构截留或者分离。
进一步的，渗氮处理设备还包括过滤器，过滤器设置在真空泵至氮气罐的管路上，过滤器具有氧气、二氧化碳、水分截留结构。
氮气去冲洗置换的微量空气中，主要干扰因素是氧气、二氧化碳和水分，过滤器可以先让所有气体通过一个水槽，二氧化碳溶于水，氧气微溶于水，氮气不溶于水，水槽可以先行除去氧气和二氧化碳，只是处理过后的气体除了氮气外，还含有大量的水分，可以通过活性炭、海绵等二次过滤结构加以除去，完成氮气的回收。
进一步的，底座侧面设置若干个末端竖直的定位杆，筒盖侧面设置若干个定位套，定位套与定位杆一一对应并竖直套合。
筒盖吊装下降时，因为较重，很难通过筒盖和底座接缝位置止口来进行定位，操作者也不好去手动为其扶正，需要另外的吊装定位结构。
进一步的，定位杆上端锥形，定位套内孔下端也为锥形。
端部为锥形的定位杆和定位套内孔可以在接触过程中其导向作用，随着筒盖的下落，筒盖自身的重力即能够扶正筒盖使其成为摆正的竖直姿态。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过电极杆来主动改变齿轮与阳极之间发生电离的位置，只让电离发生在局部范围内，用较小的电压完成电离过程，瞬时电离发生量稳定且持续，生成的氮离子量也是相对稳定的，齿轮外表面被均匀数量的氮离子冲击附着，获得等厚的渗氮层，渗氮前冲洗渗氮环境的大量氮气可以被回收分离并收集重新使用，避免氮气罐内氮气浪费，小型的处理设备用作少量的齿轮渗氮工作，电源、气源等等条件可以较容易得到满足。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的底座、筒盖内的结构示意图；
图2是图1中的视图A；
图3是本发明齿轮渗氮过程的俯视结构示意图；
图4是图3中的视图B；
图5是本发明带上氮气配气管路后的流程示意图；
图中：1-底座、11-进气槽、2-筒盖、3-物料盘、4-阳极、41-电极杆、42-滑移针、43-伸缩节、51-氛围进气管、52-出气管、53-氮气罐、54-过滤器、55-真空泵、61-定位杆、62-定位套、9-齿轮。
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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，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。
一种齿轮齿面渗氮处理设备，渗氮处理设备包括底座1、筒盖2、物料盘3、阳极4、氛围进气管51、出气管52；底座1置于基础之上，筒盖2下端与底座1上表面为扣合装配，物料盘3设置在底座1上表面中央，物料盘3可绕竖直轴线转动，阳极4设置在筒盖2内壁上，氛围进气管51连接到底座1上，出气管52连接在筒盖2上表面，物料盘3上放置的待处理齿轮9接直流电源阴极。
如图1所示，多个待处理的齿轮叠放在物料盘3上，齿轮与齿轮之间有间隙，这个可以通过物料盘3上将齿轮串起来的杆上设置套筒类部件隔开，之后筒盖2被吊装自上而下盖住所有齿轮，筒盖2和底座1闭合构成封闭空间，然后出气管52将齿轮9所在区域的原有空气抽走达到渗氮处理所需的真空度，约0.5torr的状态，然后为内部环境通入氮气氛围，从氛围进气管51注入，齿轮9作为电源阴极，配合阳极4，在筒盖2内部形成直流电场，引导内部负压状态下的氮气分子辉光放电电离为氮正离子，氮正离子受齿轮阴极吸引而撞击向齿轮9表面完成渗氮过程，物料盘3转动可以扰动筒盖2内部分子进行流动迁移，即使补充已经电离渗入的氮气分子的空洞区域，也让已经完成渗氮的表面迁移往相对高浓度氮原子的其他区域，进行后续渗氮过程，保持渗氮高效进行。
底座1上表面设置进气槽11，氛围进气管51连接至进气槽11内，进气槽11内具有加热结构。氛围进气管51注入的氮气在进气槽11被预热，提高分子活性，能够更容易在后续扩散过程被电离为原子态进行渗氮过程。
阳极4上放电位置紧邻齿轮9齿牙表面。
如图1～4所示，阳极4与齿轮9表面之间通直流电建立电场，弥散其间的氮气分子被电离为氮原子撞击向齿轮表面完成渗氮，阳极4与齿轮9之间越近，所需要的电源电压越小，离子渗氮耗能越少，电压波动范围小，不容易出现击穿间隙而之间电弧放电的情况。
阳极4包括电极杆41、滑移针42、伸缩节43，电极杆41两端分别被伸缩节43安装在筒盖2内壁上，电极杆41接直流电源正极，电极杆41下端所在伸缩节43还水平延伸出滑移针42，滑移针42径向抵住齿轮9齿面，齿轮9在物料盘3上叠放时投影完全重合。
如图2～4所示，齿轮9在随物料盘3转动过程中，不断推着滑移针42在筒盖2内壁上伸出与收回，对应电极杆41也不断变化水平面投影位置，电极杆41与齿轮9表面之间的径向间距是放电间隙，氮气分子在这一固定间隙中被电离并渗入齿轮9表面，即渗氮过程不是所有位置同步进行的，而是随齿轮转动而不断前进的一条圆周扫描线是渗氮位置，渗氮时间有所增加，但是，扫描过程中单次渗氮量则是相对均匀的，可以获得近乎一致的渗氮厚度，瞬间电离量少从而为之供能的直流电源不用很大，而且，本装置单次也只处理几个叠放在一起的齿轮，为小批量的渗氮作业，适用在非标齿轮的小规模处理场合，可以快速满足渗氮作业的工作条件。
渗氮处理设备还包括氮气罐53、真空泵55，真空泵55设置在出气管52上，真空泵55出口连接到氮气罐53上，真空泵55出口还有一条支路直排大气，氮气罐53还与氛围进气管51连接，真空泵55与氮气罐53连接的管路上设置氮气分离结构。
如图5所示，齿轮9全部放上物料盘3并且筒盖2与底座1对合后，真空泵55抽吸气体排尽筒盖2内空气，此时直排大气，在末尾阶段筒盖2内尚有微量空气时，此时需要通入氮气将之冲洗置换出来，此过程消耗大量冲洗用氮气，冲洗阶段将真空泵55排向氮气罐53，回收氮气防止浪费，微量空气则被氮气分离结构截留或者分离。
渗氮处理设备还包括过滤器54，过滤器54设置在真空泵55至氮气罐53的管路上，过滤器54具有氧气、二氧化碳、水分截留结构。
如图5所示，氮气去冲洗置换的微量空气中，主要干扰因素是氧气、二氧化碳和水分，过滤器54可以先让所有气体通过一个水槽，二氧化碳溶于水，氧气微溶于水，氮气不溶于水，水槽可以先行除去氧气和二氧化碳，只是处理过后的气体除了氮气外，还含有大量的水分，可以通过活性炭、海绵等二次过滤结构加以除去，完成氮气的回收。
底座1侧面设置若干个末端竖直的定位杆61，筒盖2侧面设置若干个定位套62，定位套62与定位杆61一一对应并竖直套合。
如图1、5所示，筒盖2吊装下降时，因为较重，很难通过筒盖2和底座1接缝位置止口来进行定位，操作者也不好去手动为其扶正，需要另外的吊装定位结构。
定位杆61上端锥形，定位套62内孔下端也为锥形。
端部为锥形的定位杆61和定位套62内孔可以在接触过程中其导向作用，随着筒盖2的下落，筒盖2自身的重力即能够扶正筒盖2使其成为摆正的竖直姿态。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种齿轮齿面渗氮处理设备，其特征在于：所述渗氮处理设备包括底座(1)、筒盖(2)、物料盘(3)、阳极(4)、氛围进气管(51)、出气管(52)；所述底座(1)置于基础之上，所述筒盖(2)下端与底座(1)上表面为扣合装配，所述物料盘(3)设置在底座(1)上表面中央，物料盘(3)可绕竖直轴线转动，所述阳极(4)设置在筒盖(2)内壁上，所述氛围进气管(51)连接到底座(1)上，所述出气管(52)连接在筒盖(2)上表面，所述物料盘(3)上放置的待处理齿轮(9)接直流电源阴极；
所述底座(1)上表面设置进气槽(11)，所述氛围进气管(51)连接至进气槽(11)内，所述进气槽(11)内具有加热结构；
所述阳极(4)上放电位置紧邻齿轮(9)齿牙表面；
所述阳极(4)包括电极杆(41)、滑移针(42)、伸缩节(43)，所述电极杆(41)两端分别被伸缩节(43)安装在筒盖(2)内壁上，电极杆(41)接直流电源正极，电极杆(41)下端所在伸缩节(43)还水平延伸出滑移针(42)，所述滑移针(42)径向抵住齿轮(9)齿面，所述齿轮(9)在物料盘(3)上叠放时投影完全重合。
2.根据权利要求1所述的一种齿轮齿面渗氮处理设备，其特征在于：所述渗氮处理设备还包括氮气罐(53)、真空泵(55)，所述真空泵(55)设置在出气管(52)上，真空泵(55)出口连接到氮气罐(53)上，真空泵(55)出口还有一条支路直排大气，所述氮气罐(53)还与氛围进气管(51)连接，所述真空泵(55)与氮气罐(53)连接的管路上设置氮气分离结构。
3.根据权利要求2所述的一种齿轮齿面渗氮处理设备，其特征在于：所述渗氮处理设备还包括过滤器(54)，所述过滤器(54)设置在真空泵(55)至氮气罐(53)的管路上，过滤器(54)具有氧气、二氧化碳、水分截留结构。
4.根据权利要求2所述的一种齿轮齿面渗氮处理设备，其特征在于：所述底座(1)侧面设置若干个末端竖直的定位杆(61)，所述筒盖(2)侧面设置若干个定位套(62)，所述定位套(62)与定位杆(61)一一对应并竖直套合。
5.根据权利要求4所述的一种齿轮齿面渗氮处理设备，其特征在于：所述定位杆(61)上端锥形，所述定位套(62)内孔下端也为锥形。
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