齒輪加工中對鍛造及熱處理的要求

南玲

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摘要：隨著各種機械產品對齒輪零件綜合性能及品質要求的不斷提高，齒輪熱處理技術得到了相應的發展。所以，了解國內外齒輪熱處理工藝的發展動態，分析研究現有的齒輪熱處理方法的缺點及改進方法十分重要，對減少齒輪熱處理的變形、提高齒輪制造精度、使用性能有著十分重要的意義。下面就對齒輪加工中的鍛造及熱處理進行探討。

關鍵詞：齒輪加工；鍛造；熱處理

1 前言

本文主要對齒輪加工熱處理技術的應用進行探討，探討了齒輪加工中對鍛造及熱處理要求，希望可供相關從業者參考。

2 齒輪材料與熱處理方法概述

齒輪因其在眾多機械機構中的工作條件不同，對其性能要求也有較大差別。對高轉速、重載荷、需承受沖擊及高精度的齒輪，多采用滲碳鋼經滲碳、淬火及低溫回火熱處理工藝，表層金相組織為高碳回火馬氏體，硬度高、耐磨性好，芯部為低碳馬氏體組織，韌性強、不易發生金屬疲勞；滲碳鋼20CrMnTi經上述處理后，表面硬度可達58～62HRC，芯部硬度可達30～45HRC。對于承受中等工況的齒輪，多采用調質鋼經調質和高頻感應淬火熱處理，其齒部抗疲勞性能較好，但耐磨性和硬度比滲碳鋼稍弱。對低轉速、輕載荷的齒輪，可使用球墨鑄鐵材質，采用正火或等溫淬火熱處理。

淬火工藝的發展對提高齒輪性能起到了重要作用，感應加熱表面淬火技術及設備因加熱速度極快、生產效率高，變形小，淬硬層深，淬火后齒面表層低脆性、高疲勞強度，工件表面不易氧化脫碳，易于實現自動化控制等諸多優點，目前在我國的齒輪生產中已廣泛使用。

3 齒輪加工中對鍛造及熱處理的要求

齒輪類零件是減速機的重要組成部件，其質量的優劣，直接影響減速機的使用壽命和安全生產。齒輪加工機床出現和使用以后，嚴重影響和制約齒輪加工質量的瓶頸出現在毛坯鍛造工藝和熱處理工藝，其中尤以熱處理工藝為重。齒坯鍛造環節，由于工藝執行不嚴格，容易出現內部裂紋，在機械加工過程中不易被發現和檢測，往往工件處于成品或半成品時在內應力的作用下由內部裂開造成廢品，產生質量事故，此類質量問題時有發生，應嚴格注意。熱處理過程，齒輪類零件一般要進行兩次以上的熱處理。對齒坯進行熱處理的主要目的是消除熱鍛齒坯造成的內應力，改善齒坯在加工前的金相組織和可加工性，從而提高生產率，節約刀具費用，提高機床使用率，減少和防止機械加工中或在迸行熱處理時的變形。齒形加工后進行熱處理的目的，主要是提高輪齒工作面的硬度、工作強度及耐磨性。在此熱處理工藝過程中齒輪類零件極易產生變形，需要精心操作，細心摸索規律，嚴格控制淬火時的升溫時間、保溫時間、工件大小和在爐內的放置方式，盡量減少工件在此過程中的變形量。對圓柱齒輪來說，如果變形量過大，在齒面精加工過程中，存在單側輪齒磨不出來而發生廢品?；蚴驱X形齒向在精磨中發生改變，使得接觸區偏向一邊，影響接觸區位置，達不到要求。錐齒輪在熱處理過程中要求高，但是熱后變形也最大。最終熱處理后，齒輪軸的變形是軸體與軸頭的中心偏差，齒輪的變形是整體弓變，在硬齒面刮削過程中出現凸凹面，少數輪齒一面提前進入切削，另一面切削到齒厚時還有黑皮，達不到要求，齒面沒有完全切成。提前進入切削的少數齒面的滲碳層此時已經被切薄，甚至被切掉，使得輪齒失去硬度和強度，表面看起來挺好，可是在實際裝箱使用時壽命大幅減少。在齒輪類工件的生產過程中，扶齒坯料的鍛造，到粗加工后的熱處理以及精加工后的熱處理，都要嚴格執行各工序的工藝流程，減少廢品，節約成本，提高產品質量是非常關鍵的。

4 齒輪熱處理變形和改進方法

由于齒輪熱處理變形的原因非常復雜，會受到冷、熱加工當中很多因素的綜合影響，比如：裝爐方式、淬火介質冷卻速率、材料淬透性、淬火過程的熱應力和組織應力、預先熱處理及機械加工殘余應力等多種因素都會對其產生綜合影響，所以必須全面考慮冷、熱加工全過程當中的各種因素，優化設計齒輪結構，注意各種不利因素之間的相互作用，以上對于減少齒輪熱處理變形非常關鍵。例如：齒輪輪轂上的減重孔位置如果分布不合理，就會對齒部淬火變形量產生影響；而一批里的每個齒輪加工時，機床調整、刀具磨損及切削參數等都存在變化，因此各件的切削應力差異明顯；滲碳時每爐零件的表面碳濃度、滲層深度的波動，會造成變形沒有規律。

控制齒輪滲碳淬火熱處理變形的重要因素是表層碳濃度和滲碳層深度以及淬火溫度與淬火介質的冷卻速度，滲碳深度和碳濃度會對滲層組織膨脹系數產生影響，而淬火條件將決定齒輪的金相組織、機械性能及變形量是否滿足要求；同時鋼材特性對熱處理過程也會產生重要影響，利用窄淬透性帶的鋼材使淬火后殘余奧氏體量降到低水平并對滲碳層深度進行適當地調整，能夠將零件變形控制在較小且有規律的狀態，并能在滲碳層上實現最佳的殘余壓應力分布。影響齒輪孔縮的主要因素是淬火溫度，滲碳溫度及淬火溫度越高，花鍵孔的收縮量越大，但淬火溫度又不能過低，否則會產生非馬氏體組織影響性能。通過選擇正確的淬火溫度、分級溫度和時間以及合理的淬火劑（如低溫鹽浴、堿溶或油浴等介質），采用分級淬火可有效減少零件變形；而更新的計算機控制噴霧冷卻方式，可在規定的時間內對零件指定部位完成淬火，與常規淬火介質相比，更容易得到較為理想的冷卻速度。

5 結束語：

總之，我國的齒輪制造熱處理技術經過長時間的積累及探索，齒輪產品性能已基本滿足各種機械設備的使用要求。但是我們還應不斷的加強對其的自主創新，進而促進我國機械工業的不斷發展。

參考文獻：

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