01 實(shí)驗(yàn)齒輪參數(shù)及熱處理工藝概述
實(shí)驗(yàn)齒輪參數(shù)
該文選用了材質(zhì)為20CrMnTiH的齒輪開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，為研究提供實(shí)踐數(shù)據(jù)支持，這種材質(zhì)的齒輪具有淬透性高的特征，在經(jīng)過滲碳淬火熱處理后具有較優(yōu)良的性能，選其作為實(shí)驗(yàn)對象具有高度的代表性。文章所選用的齒輪的具體參數(shù)如下：模數(shù)1.191mm，左旋度25°，功法線16.41mm，圓直徑39.831mm，內(nèi)徑16.017mm。結(jié)構(gòu)呈對稱中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)外直徑較大，中心缺乏腹板對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，齒輪壁較薄，在滲碳淬火熱處理過程中變形現(xiàn)象較為明顯。
齒輪熱處理工藝
文章選用齒輪的滲碳淬火熱處理工藝，主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備有長度為15m 的滲碳淬火爐及長度為8m 的回火爐。具體的滲碳淬火熱處理流程如下：首先將齒輪置于滲碳淬火爐中，在3h 內(nèi)將溫度升至915～925℃。其次，使齒輪在這一溫度環(huán)境下滲碳淬火熱處理3h。再次，在0.5h內(nèi)迅速將溫度降至855～865℃。最后，恒溫淬火處理50min。值得注意的是，在這一過程中，淬火液的溫度應(yīng)保持在80℃。在完成這一工藝之后，將齒輪置于回火爐中，以155～165℃的溫度對齒輪進(jìn)行回火處理2h，完成滲碳淬火熱處理工藝。
齒輪滲碳淬火熱處理變形情況
在實(shí)驗(yàn)的過程中，文章對四只齒輪進(jìn)行了傳統(tǒng)的滲碳淬火熱處理，之后通過測量發(fā)現(xiàn)這些齒輪在外徑及公法線上出現(xiàn)了不同程度的脹大變形，甚至有兩只齒輪出現(xiàn)了橢圓形變。
在經(jīng)歷后續(xù)的滲碳淬火處理過程之后，原本脹大的外徑及公法線又出現(xiàn)了顯著的縮小現(xiàn)象，這種脹大繼而縮小的形變過程導(dǎo)致齒輪的最終形態(tài)發(fā)生了較大的變化，四只齒輪中端面的扭曲程度最大的達(dá)到了1.9mm，且其中有一只齒輪在滲碳淬火熱處理工藝完成之后存在氧化皮處理不凈的現(xiàn)象，只能作報(bào)廢處理。此外，原有滲碳淬火熱處理工藝中將齒輪各自平放的方式導(dǎo)致滲碳淬火過程中空氣流通不均勻，四只齒輪的厚薄程度出現(xiàn)了顯著的差異，變形現(xiàn)象十分明顯。
02 齒輪滲碳淬火熱處理工藝的改進(jìn)對策
筆者以所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及總結(jié)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過以下幾個(gè)方法實(shí)現(xiàn)齒輪滲碳淬火熱處理工藝的改進(jìn)：
改進(jìn)齒輪滲碳淬火擺放方式
傳統(tǒng)平放式的擺放方式會(huì)導(dǎo)致齒輪由于自重而產(chǎn)生高溫蠕變，在滲碳淬火的過程中，筆者建議將齒輪以45°進(jìn)行斜靠疊放，并在齒輪上方用隔板進(jìn)行遮蓋處理，以避免齒輪在滲碳淬火完成后直接接觸冷空氣而出現(xiàn)冷縮變形。此外，在滲碳工藝完成后，應(yīng)在淬火的過程中將齒輪的上下端面反向擺放，從而在一定程度上減少錐度形變的出現(xiàn)。
改進(jìn)齒輪鍛坯質(zhì)量平衡程度
由于齒輪的鍛造工藝存在一定的復(fù)雜性，因此齒輪的鍛坯常常容易出現(xiàn)硬度差異大、質(zhì)量不平衡的不良現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的存在會(huì)導(dǎo)致齒輪滲碳淬火熱處理過程中的變形難以得到有效控制。在齒輪鍛坯加工的過程中，必須對以下幾個(gè)加工環(huán)節(jié)予以關(guān)注：
其一，在鍛坯下料時(shí)應(yīng)保障鍛坯材料晶粒度及化學(xué)成分的合理性；
其二，應(yīng)將齒輪鍛坯的淬透性寬度控制在合理的范圍內(nèi)；
其三，應(yīng)盡可能地對齒輪進(jìn)行正火處理，從而保障齒輪結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對熱處理變形的有效控制。
改進(jìn)齒坯預(yù)備熱處理工藝
齒輪鍛坯熱處理工藝的優(yōu)化能在很大程度上提高齒輪在滲碳淬火熱處理過程中的變形對抗能力。這是由于齒輪鍛坯預(yù)備熱處理工藝的應(yīng)用能有效地降低齒輪的形變能力及鍛造應(yīng)力，從而有效避免滲碳淬火熱處理過程中可能出現(xiàn)的齒輪切齒重新分布應(yīng)力而導(dǎo)致的形變現(xiàn)象。此外，齒輪鍛坯預(yù)備熱處理還能使齒輪中的不良組織得到細(xì)化、均勻處理，由此減少齒輪結(jié)構(gòu)中的脆弱部分，降低形變現(xiàn)象發(fā)生的可能性。在齒輪加工的過程中必須改進(jìn)預(yù)備熱處理工藝，確保其積極作用得到充分發(fā)揮。
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