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熱處理過程中齒輪畸變情況的控制技術探討

發布時間:2018-09-22 14:48:30    瀏覽次數:

通常情況下,在對齒輪進行熱處理過程中,齒輪畸變是一種經常出現的情況。在某種意義上,這種畸變情況是難以避免的。而熱處理過程中的齒輪一旦發生嚴重的畸變情況,則會導致設備在裝配后受到很大的影響。由于齒輪畸變情況非常復雜,所以其不僅與原材料以及原始的設備組織、實際的熱處理技術工藝存在必然的關聯性,而且還與機械齒輪的幾何形狀有最為直接的關系。在其他不同條件的運行工況下,如果齒輪的形狀發生巨大改變,不僅會使整個齒輪畸變過程發生重大改變,而且會導致齒輪發生畸變的具體方位也產生變化。所以,這種明顯的變化性,導致齒輪的機械變化規律難以掌握,由此導致日常工業加工過程中,由于大量的齒輪畸變情況出現使工件成為廢品。

因此,為了更好地解決上述問題,本文將在實際的實驗過程中,對熱處理過程中齒輪畸變的情況進行分析,通過研究相關的影響因素,以期找到具體的技術控制方法。

熱處理過程中齒輪畸變情況控制的試驗分析

1 熱處理過程中齒輪畸變情況的試驗材料

本文在實驗研究過程中,結合某工廠的實際生產運行情況,主要針對某一型號的變速箱主動齒輪熱處理過程中的畸變情況進行試驗分析,希望找到影響齒輪發生畸變的相關因素,從而根據試驗研究結果,得出具體熱處理過程中有效控制齒輪畸變的重要措施。本文研究的主動齒輪的實際材質為20CrMnTi,如表1 所示,為該型號變速箱主動齒輪的實際化學成分。

2 熱處理過程中齒輪畸變情況的試驗方法及具體工藝

變速箱中的齒輪,通過改變曲軸以及發動機、主軸齒輪的實際運行速率,并將發動機中的全部運行動力都經過主動齒輪傳輸給車軸,從而確保機車正常運行。在此運行過程中,發現齒輪的受力較大,且在運行傳輸過程中頻繁受到沖擊,但是其心部強度以及表面耐磨性、抗疲勞損傷的程度和沖擊韌性等性能都較強。所以,結合實際情況,本文在試驗分析過程中,主要采用合金滲碳鋼,通過滲碳技術工藝以及淬火技術處理工藝、低溫回熱的熱處理技術工藝,保證齒輪在經過上述三種不同淬火技術工藝處理后,其實際的剛度和強度都能不斷提升,以此來強化其表面耐磨性與抗疲勞損傷能力。在此處理過程中,本文還采用噴丸處理技術工藝,進一步提升齒輪的表面耐磨性。

表2 為本次試驗分析過程中所設置的技術工藝處理參數。

如表2 運行溫度所示,在上述運行條件中進行科學試驗,第一階段的試驗技術工藝主要為:鍛造以及正火技術處理、齒輪的齒型加工、內化鍵的加工、氣體滲碳技術操作、預冷淬火技術處理、低溫回火技術處理、噴丸技術處理、磨齒處理等。主要采用型號為RJJ-90-9 的井式滲碳爐進行滲碳技術處理,將平裝裝爐以及煤油、甲醇作為具體的滲碳介質。

具體處理過程中,主要將井式滲碳樓中的溫度加熱到930℃的運行高溫,然后保證強滲期的碳勢和強滲時間及擴散期碳勢和擴散期的擴散運行時間分別為1.2%、9h和0.85%、7.5h。當運行溫度達到860℃時,齒輪直接出爐進行油淬技術處理,然后再將其實際的運行溫度調節到180℃。經過120 分鐘的回火技術處理,從而保證滲碳層的實際滲層深度在1.8 ~ 2.2mm 之間。

當整個試驗分析過程結束之后,對其試驗結果進行分析檢測,主要分析滲碳層的滲層深度和齒輪的淬火加工硬度,結果如表3 所示。經過檢測分析發現,該齒輪經過熱處理技術加工后,其公法線長度畸變量以及內花鍵M 值的畸變量分別為0.07 ~ 0.11mm 和0.06 ~ 0.08mm。與此同時,經過科學的測量以及數據分析發現,該齒輪的平面度超差。

為了進一步找到影響齒輪熱處理過程中的畸變因素,本文又在第一階段試驗分析數據結果基礎上,科學改進試驗的工藝路線。具體為:先經過齒輪鍛造,然后再進行正火處理加工、齒輪的齒型加工、內化鍵加工、氣體滲碳技術工藝、預冷淬火技術工藝、低溫回火技術工藝、噴丸處理、磨齒加工技術處理。

表3 第1次熱處理試驗結果

在第二階段的試驗過程中, 將滲碳工藝設備改為IPSEN 多用爐, 而將丙酮作為滲碳處理介質, 通過Houghton G 型淬火油作為淬火技術工藝處理的介質,并利用特殊的料架進行掛裝處理。當滲碳技術處理之后,將實際的運行溫度降低到860℃進行淬火技術處理。當齒輪出爐之后,經過120 分鐘的回火技術處理,并將溫度控制在180℃。在此過程中,保證滲層的實際深度能夠在1.8 ~ 2.2mm 之間。試驗結束后,采用同樣的方式進行結果分析,結果如表4 所示。數據表明,齒輪外公發線長度、內花鍵M 值和平面度畸變量依然存在超差的現象。與此同時,在連續兩個不同階段的試驗分析過程中發現,齒輪在熱加工處理時,出現了嚴重的磨齒裂紋和坯件齒型加工切削性能較差等問題。

表4 第2次熱處理試驗結果

因此,本文接著又進行了一次試驗。針對第一階段和第二階段試驗過程中出現的問題,又對熱處理加工工藝流程進行了科學優化。具體按照鍛造、二次正火技術處理、齒輪的齒型加工、內化鍵加工、碳氫共滲、預冷淬火技術處理、低溫回火技術處理、噴丸技術處理、磨平面技術處理的工序進行作業試驗。在此過程中,將第一階段試驗過程中的一次正火處理改變為二次正火技術處理,然后將第一、二階段的正火處理時間改變為240 分鐘,并用碳氮共滲取代單純的氣體滲碳技術,將氨氣和丙酮作為其中的滲透介質。碳氮共滲之后,將淬火溫度降低到820℃,然后通過Houghton G 型淬火油進行淬火技術處理,通過掛裝的方式懸掛零件。試驗結束后,針對第一、二階段的試驗參數結果進行修正,最后的參數結果如表5 所示。結果表明,齒輪在第三次熱處理加工過程中畸變量很小,且機械設備在加工運行過程中沒有出現類似的磨損切削問題,從而大大簡化了工藝操作流程,提高了齒輪的運行效率。

表5 第3次熱處理試驗結果

綜上所述,熱處理過程中齒輪畸變情況的出現主要是受到相關因素的影響。本文通過三次不同的實驗過程,分別結合實驗結果,對熱處理過程中齒輪畸變參數不斷進行優化控制。在此過程中,主要對齒輪熱處理技術工藝不斷進行控制改進。最終的實踐結果表明,經過優化控制的熱處理實驗中,齒輪的畸變情況得到了良好控制。

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