鋼材熱處理之：影響齒輪熱處理變形的幾個重要因素
我公司是一家專業(yè)生產(chǎn)汽車齒輪、摩托車齒輪、電動工具齒輪、工程機(jī)械齒輪的股份制企業(yè)。齒輪在進(jìn)行滲碳熱處理的過程中，常遇到齒輪滲碳淬火后平面扭曲變形大，造成齒輪報(bào)廢；滲碳淬火后齒輪的M值變化不穩(wěn)定；齒輪的齒形齒向變化不穩(wěn)定，造成裝機(jī)異響。以下就是對上面的幾種情況分別進(jìn)行說明。
一個新產(chǎn)品開發(fā)，尤其是熱處理工藝的設(shè)計(jì)，一般是按照類似的產(chǎn)品，采用本公司掌握的成熟工藝。試制時(shí)一般是先采用類似的工藝，處理6個工件，對其變形及熱處理項(xiàng)目進(jìn)行檢測；合格后再熱處理30件，再次對變形及熱處理項(xiàng)目進(jìn)行檢測；合格后按照一爐（或者一盤）熱處理，檢測變形；合格后連續(xù)生產(chǎn)幾爐（或幾盤），熱處理合格、變形合格，這樣熱處理工藝就固定下來。
但是有時(shí)新產(chǎn)品開發(fā)半年后，產(chǎn)品才可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，試制時(shí)試制的工件不是很多，有時(shí)不能反映真正的工件變形趨勢；或者材料有變化、鍛造工藝變化、正火變化、冷加工工藝的變化，雖然熱處理工藝沒有變化但是熱處理后的工件端面扭曲，造成產(chǎn)品報(bào)廢。圖1是開發(fā)產(chǎn)品的簡圖，圖2是試制是的熱處理工藝，圖3是改進(jìn)的熱處理工藝。
可以看出試制的熱處理工藝滲碳溫度較高,生產(chǎn)效率高；產(chǎn)品采用平放,熱處理后內(nèi)孔的硬度較高，硬化層也均勻，橢圓小。改進(jìn)后的熱處理工藝，產(chǎn)品采用串放，產(chǎn)品的端跳較好，滲碳溫度降低，滲碳時(shí)間增加，減少熱處理變形。這樣改進(jìn)后的熱處理工藝處理的產(chǎn)品由原來不合格率15%降為0.1%。也有時(shí)出現(xiàn)產(chǎn)品處理了幾年，突然出現(xiàn)批量不合格，改變熱處理工藝產(chǎn)品合格。事實(shí)上最終原因是由于不同鋼廠的材料、鍛造、正火、冷加工工藝流程的變化造成了這種現(xiàn)象。
如圖4這種產(chǎn)品，最大外圓156mm，熱處理了1萬件，有一批產(chǎn)品出現(xiàn)端跳超差，不合格品占10%左右，造成部分產(chǎn)品報(bào)廢。
于是對沒有熱處理的毛坯的正火硬度進(jìn)行檢查正火硬度要求160～190HBW，對稱檢測4點(diǎn)，一共檢查了6件檢測結(jié)果如表1所示。
表1 檢測結(jié)果（HBW）
編號 | 點(diǎn)1 | 點(diǎn)2 | 點(diǎn)3 | 點(diǎn)4 | 備注 |
1 | 170 | 172 | 175 | 173 | 正常 |
2 | 168 | 170 | 172 | 171 | 正常 |
3 | 173 | 175 | 176 | 175 | 正常 |
4 | 169 | 184 | 170 | 175 | 異常 |
5 | 170 | 172 | 173 | 172 | 正常 |
6 | 175 | 176 | 176 | 177 | 正常 |
根據(jù)檢測結(jié)果可以看出，由于正火硬度不均勻，造成工件加工后應(yīng)力不均勻，熱處理后工件變形超差，采用冷速比現(xiàn)有工藝?yán)渌俾拇慊鹩?，變形可以改善?/span>
圖5是一款變速箱齒輪的減速大齒輪，熱處理時(shí)我們采用壓裝的方式進(jìn)行滲碳淬火，這種滲碳的方法對于變形控制的不錯，其缺點(diǎn)是兩個端面的硬化層偏淺，但是不影響使用。
這一款變速箱已經(jīng)生產(chǎn)了5年多了，產(chǎn)品的壽命周期就要到了，客戶反饋?zhàn)兯傧溆性胍?，檢查沒有發(fā)現(xiàn)問題，由于量較少客戶認(rèn)為主減大齒輪較大，可能出現(xiàn)扭曲。（于是要求我們對于端面跳動進(jìn)行嚴(yán)格控制）后來有個月出現(xiàn)的量較大，檢查從箱體拆下來的齒輪進(jìn)行檢測齒形齒向，發(fā)現(xiàn)齒行齒向不符合圖樣要求，存在剃反的可能。因?yàn)檫@個工件只有內(nèi)孔倒角處有點(diǎn)區(qū)別，其余的都是對稱的，剃齒是不能防錯，只有靠員工的自覺；熱處理時(shí)產(chǎn)品壓裝后也檢查不了是否按工藝要求壓裝。于是我們針對這種現(xiàn)象，專門針對裝夾方向做了熱處理試驗(yàn)，熱處理后數(shù)據(jù)如附表所示。
根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)品熱處理時(shí)如果沒有按照熱處理要求裝夾，出現(xiàn)的變形效果與剃齒剃反有同樣的效果。因此，出現(xiàn)這種現(xiàn)象對于剃齒工序，熱處理工序應(yīng)該加強(qiáng)控制，最好的辦法是對于產(chǎn)品設(shè)置防錯措施，保證產(chǎn)品剃齒、熱處理裝夾的一致性。
還有類似圖5的減速大齒輪熱處理后M值比下差小0.03～0.05mm，熱處理工藝見圖6，為了挽救此批產(chǎn)品采用箱式多用爐熱處理采用的熱處理工藝見圖7，熱處理后M值合格。這兩個工藝的區(qū)別是采用的熱處理淬火油不同，為了工件的M值漲大，采用比原來滲碳高的溫度滲碳，提高淬火溫度達(dá)到M值漲大。
采用圖6的熱處理工藝，熱處理檢測結(jié)果硬化層0.62/550HV1，心部硬度357～375HV1。采用圖7的熱處理工藝，熱處理檢測結(jié)果硬化層0.67/550HV1，心部硬度382～418HV1。因此，只有針對問題,優(yōu)化熱處理工藝,減少廢品,減少企業(yè)損失。
作者：陳正國，單位：浙江雙環(huán)傳動股份有限公司
作者：郝豐林，單位：江蘇雙環(huán)齒輪有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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