淺析控制漸開線齒輪熱處理變形的工藝措施

劉忠瑞LIU Zhong-rui

（陜西黃工集團齒輪有限責任公司，咸陽713702）

0 引言

在齒輪的加工過程中，熱處理工藝的編制是非常重要的一個環節。盡管齒輪在經過熱處理工序之后其綜合性能可得到明顯改善，然而，伴隨著熱處理過程中齒輪的變形卻是難以避免的，致廢的因素隨時存在。因此，為了盡量減少因為齒輪熱處理變形超差造成的不必要損失，降低企業的生產成本，采用合理措施對齒輪的熱處理變形進行最小化控制尤為重要。

1 漸開線齒輪熱處理變形的影響因素

常用漸開線齒輪的主要組成是鋼，而鋼的熱處理過程就是在相變驅動力地作用下由母相轉變為新相的過程，相變驅動力的來源最終歸結于溫度的變化。相變溫度不同，組織轉變不同，組織應力就不同，另外，溫度的變化也會產生相應的熱應力，這兩種應力的矢量合成力就是熱處理殘余應力，其殘存因工件結構位置不同而不同。當漸齒輪上的結構薄弱部位在熱處理過程中不能抵抗殘余應力的作用時，就會使齒輪發生局部變形，加之在熱處理過程中，齒輪表面溫度的升降速度大于內部，內外溫度的梯度化導致了應力層次化，這無疑加大了齒輪變形的不規則性。總之，熱處理過程中致使齒輪發生變形的因素復雜而多元化，只有認真研究和分析這些因素的影響，才能有效改善漸開線齒輪的熱處理變形。

1.1 熱處理工裝和設備的選擇 漸開線齒輪經過嚴格預處理之后往往具有良好的塑性，若漸開線齒輪的齒形設計結構均勻對稱，就能有效分散熱處理過程中齒輪所承受的不均勻應力，降低齒輪變形的不規則程度。齒輪在切削加工中出現的夾持過緊、切削力過大或刀具摩擦力超標等現象都會使齒輪表面的殘余應力增加，從而導致齒輪在熱處理中的變形量增大，總之，非合理的切削加工對于齒輪的熱處理變形具有一定影響。基于此因，就要求在后序熱處理中有目的地選擇熱處理設備，針對性地選擇合適的熱處理工裝，最大程度地降低熱處理變形的附加量，為有效控制齒輪的熱處理變形奠定硬件基礎。

1.2 齒輪材料的性質 漸開線齒輪的材料不同，熱處理之后所發生的變形也會不同，即使材料相同，由于熱處理的條件不同，其變形也會出現不同。漸開線齒輪的原材料性質不僅影響到漸開線齒輪的使用壽命，而且對齒輪的熱處理工藝具有獨特要求。由此可見，齒輪原材料的性能也是影響漸開線齒輪熱處理變形的一個重要因素。

1.3 預熱處理工藝的影響 預熱處理的主要作用是細化材料中的晶粒，進一步消除原材料中的殘余應力，對控制最終熱處理變形具有一定的積極作用。但是，預熱處理工序中工件的冷卻速度往往不是很穩定，齒輪表面溫度與內部溫度的降低不同步，內部降低速度較緩，極易導致齒輪內部晶粒粗大、晶粒形狀超標、組織分布不均等現象發生，其勢必對最終熱處理變形造成不利的影響。

1.4 熱處理工藝規程 熱處理工藝規程是熱處理工序的作業指導書，是決定熱處理質量和熱處理變形的重要因素。所以，熱處理規程的編制及實施是直接關系到齒輪熱處理質量和控制熱處理變形的關鍵環節，要求其具有科學性、針對性、目的性和可操作性，要在確保熱處理內在質量的前提下，通過工藝的嚴格實施，最大程度地減小熱處理變形對齒輪幾何精度的影響。

2 改進漸開線齒輪熱處理變形的措施

為了有效地控制和減少熱處理變形，保證熱處理的過程效果，可以運用統計工具對每個齒輪熱處理過程的變形情況進行測量統計，對整體情況進行分析，將統計數據和齒輪熱處理效果進行比較，尋找熱處理過程中產生不合格品的原因，總結出需要改進的方面，從而提升產品的熱處理質量。要結合影響漸開線齒輪發生熱處理變形的因素，深入到齒輪熱處理的整個環節與過程，采取相應的措施嚴格控制齒輪的熱處理變形，進而確保齒輪的整體質量。基于漸開線齒輪的熱處理變形控制涉及到齒輪設計、原材料選擇、齒輪切削工藝以及熱處理工藝等諸因素，據此，建議采取以下幾點改進措施。

2.1 加強對齒輪加工過程的管控 在漸開線齒輪的熱處理過程中，要強化產品質量的控制指標，嚴格以漸開線齒輪技術要求為主要依據，力保齒輪幾何精度的穩定性為原則，著重熱處理的過程控制。在齒輪進行切削加工時，要盡量避免設備加工狀態的不穩定性對齒輪產生的影響，選擇合適的刀具，嚴格控制工件的夾力度、刀具的切削用量和切削速度等切削參數，降低切削應力，以減小其對后序熱處理變形造成的附加量。

2.2 改善齒輪鍛件質量 漸開線齒輪鍛造過程中工藝穩定性較差，易出現硬度偏差過大組織不均的現象，直接影響齒輪鍛坯的質量。因為齒輪鍛件的質量不僅影響切削加工性能和精度，增加加工成本，而且最重要的會使熱處理變形處于難以控制的境地。盡管采用預先正火處理可以消除一部分影響，但其效果有限，還得有合格的鍛件作基礎保障。鍛造時，要在有效加熱區對料坯進行合理排放，謹防不規則堆積造成鍛坯加熱溫度不均而出現過熱過冷現象，以免產生鍛件組織的晶粒度超標、晶粒形狀不佳、分布不勻、應力過大等鍛造缺陷，所以，要嚴格控制鍛造工藝的實施過程，確保鍛件的質量。

2.3 合理選擇冷卻介質 熱處理工藝過程離不開冷卻介質，冷卻介質是熱處理過程中不可或缺的重要組成部分，是實現淬火等熱處理工藝過程的一項重要保證。冷卻劑的化學指標、物理性能及工作溫度等因素對熱處理變形量影響很大。若一味地追求冷卻劑的冷卻速度，無疑會使殘余應力增加，導致齒輪的變形量增大。隨著各類冷卻介質的研發和推廣，冷卻劑的選擇范圍隨之寬泛，但選取冷卻劑絕不能隨意，要必須結合齒輪的技術要求、原材料的綜合性能、切削加工工藝等具體情況，以前期試驗作支撐，綜合考慮后方可選定。

3 結語

熱處理工藝過程控制不僅決定著漸開線齒輪的許多重要性能，而且還直接影響齒輪的使用壽命，是漸開線齒輪加中一個非常重要的環節。要提高漸開線齒輪的性能，除了保證原材料的質量和切削加工質量之外，還必須注重提升熱處理工藝過程的質量和效果，要不斷地探索創新，優化漸開線齒輪的熱處理工藝，才能確保其熱處理變形處于可控范圍之內。隨著熱處理技術的不斷發展，漸開線齒輪熱處理工藝也隨之改進和完善，熱處理的可靠性將不斷得到提高，殘余應力的影響得到有效控制，熱處理變形程度相應減小，齒輪類傳動件的制造精度將得到穩步提升。伴隨計算機模擬技術的發展，漸開線齒輪的規模化生產逐步集約化，計算機模擬控制熱處理工藝的推廣運用使得漸開線齒輪熱處理質量更加穩定性和可靠性，注重節能環保的現代化熱處理過程將促使漸開線齒輪的熱處理質量不斷提升和改善。

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