變速箱齒輪熱處理變形控制方法分析

苑盼盼

摘要：熱處理簡單而言就是基于加工過程中實施加熱鍛造的一種工藝方法，是齒輪加工過程中不可或缺的環(huán)節(jié)。在此種工序處理下，一方面可以強化齒輪強硬度，提升了其耐磨性，另一方面也可以降低后續(xù)工藝對精度的需求。然而，熱處理過程中的變形情況不容忽視，是引發(fā)齒輪尺寸發(fā)生改變、產(chǎn)生異常噪聲的重要原因，甚至還會影響齒輪的使用壽命。鑒于此，本文主要圍繞變速箱齒輪熱處理變形控制方法進行探究，旨在為相關(guān)工作人員、技術(shù)人員提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：變速箱;齒輪;熱處理;變形;控制

0 ?引言

變速箱是汽車重要的受力單元，對于重型汽車來講，其具有載重大、行駛路況差等特征，在此背景下，也會給變速箱產(chǎn)生劇烈的沖擊。因此，為了保證重型汽車的順利行駛，需要有強度高、耐磨性強且高沖擊韌性的變速箱齒輪為支撐，而這一目的的實現(xiàn)，就需要對齒輪熱處理過程進行嚴格控制，防止出現(xiàn)變形而引發(fā)的齒輪尺寸變化和異常噪聲的情況。

1 ?齒輪熱處理發(fā)生變形的重要影響因素分析

1.1 齒輪設(shè)計形狀 ?齒輪在制作中主要用鋼等作為材料，鋼的屬性材料容易受到溫度的變化而產(chǎn)生韌度的變化[1]。因此，齒輪會在高溫熱處理環(huán)境下發(fā)生一定程度的變形。主要是受熱過快所致。在高溫下，齒容易輪受熱不均勻，內(nèi)部溫度相對于外部表面溫度來說，受熱相對是較慢的，因此局部溫度受熱導致形狀上發(fā)生轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)局部位置有凸出或者凹陷的情況[1]。

通過分析齒輪在加工熱處理過程中出現(xiàn)變形的原因可以得知，設(shè)計結(jié)構(gòu)形狀是較為突出的影響因素。例如如果設(shè)計結(jié)構(gòu)不準確，那么就會導致齒輪的受熱不同，變形現(xiàn)象也由此發(fā)生。鑒于此，在針對齒輪進行設(shè)計時，要對壁的厚度進行合理控制，確保其合理性和均勻?qū)ΨQ性。同時，截面尺寸比例間隙也要避免出現(xiàn)過寬的現(xiàn)象。也只有在此方面注重齒輪設(shè)計的優(yōu)化改造，才能使齒輪設(shè)計具有的影響有效降低。

1.2 原材料的特性 ?原材料質(zhì)量是影響齒輪熱處理技術(shù)和齒輪疲勞壽命的重要因素。通常原材料特性主要涵蓋了淬透性、純凈度和晶粒度三個方面。淬透性是指原材料淬火過程中奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)換過程的難易情況。為了使熱處理工藝和變形更加穩(wěn)定，需要對材料有一個相對穩(wěn)定的淬透性類別[1]。淬透性與熱處理變形間存在正比關(guān)系，而合金元素則與淬透性息息相關(guān)。同時，合金元素之所以能夠?qū)崽幚碜冃萎a(chǎn)生一定影響，主要是依托鋼的屈服程度和臨界轉(zhuǎn)變溫度等路徑來實現(xiàn)的。想要確保熱處理技術(shù)和變形的穩(wěn)定性，那么就要將關(guān)注點放在原材料淬透性上，保證其穩(wěn)定性和合理的淬透性。

1.3 鍛造 ?鍛造過程是在高溫狀態(tài)下進行的，這樣可提高齒坯結(jié)構(gòu)的均勻性。鍛造在提升齒坯組織均勻性方面具有重要作用，同時，依托帶狀組織可以使熱處理變形情況得到有效控制。然而，鍛造問題會使熱處理變形情況惡化，這主要是因為，金屬在鍛造作用下其金屬流線會出現(xiàn)不對稱的情況，如果鍛造溫度沒有合理控制而過高，那么冷卻后也會出現(xiàn)不均勻問題。齒坯鍛造后，金屬纖維流線形狀需要以齒坯外部輪廓為依照而對稱分布，對其縱剖面上的流線來講，也要確保其封閉性。此種流線形狀毛坯經(jīng)過熱處理后，變形會有固定規(guī)律可循，簡化了控制工作。而且，如果鍛造溫度過高，原料的顆粒會生長，在嚴重的情況下，坯料將報廢[1]。

1.4 預(yù)熱處理 ?通過分析預(yù)熱處理目的可以了解到，其本質(zhì)就在于獲得良好的組織和良好的結(jié)構(gòu)，換句話來講就是對晶粒進行細化，消除殘余應(yīng)力[1]。而實際工藝操作時，主要是以奧氏體轉(zhuǎn)變溫度為標準對鍛坯進行加熱，直至超過標準溫度，以此完成鍛坯組織向奧氏體的轉(zhuǎn)化。待此環(huán)節(jié)完成后，對其進行冷卻處理，推動組織向鐵素體加珠光體組織的轉(zhuǎn)化，進而收獲所需的塑形和硬度，同時也簡化了切削難度。就實際轉(zhuǎn)化過程而言，奧氏體晶粒都成為珠光體晶粒的衍生體，加之組織細化操作，來達到控制熱處理變形的目的。

1.5 機加工道具與切削量 ?在機加工作用下，會產(chǎn)生工件殘余應(yīng)力，同時在經(jīng)過預(yù)熱處理后，工件塑形也會顯著提升。如果切削進給量超過相關(guān)要求或標準，或者刀具受損嚴重，那么在實際加工時就會發(fā)生錯位變形的情況，同時，也催生了內(nèi)部的殘余應(yīng)力。在熱處理加工時，這些殘余內(nèi)部應(yīng)力在受熱作用下得到釋放，致使工件變形情況更加嚴重。雖然殘余應(yīng)力不能得到有效的消除，但是可以借助合理選擇加工工藝或及時更換有損工具達到降低殘余應(yīng)力的目的，從而在穩(wěn)定性這一立足點上實現(xiàn)對熱處理變形影響因素作用的控制。

1.6 熱處理工藝 ?滲碳淬火是現(xiàn)階段變速箱齒輪熱處理過程中應(yīng)用廣泛的方式，同時，滲碳淬火技術(shù)憑借其技術(shù)成熟、成本小、運用普遍等優(yōu)勢成為當前熱處理研究中的重點研究方向。滲碳溫度是滲碳速度的決定性因素，滲碳溫度越高，零件屈服強度會出現(xiàn)明顯地降低，變形就會越發(fā)突出，同時，滲碳溫度越高也給部分晶粒生長帶來了適宜環(huán)境，進而引發(fā)更嚴重的變形。對此，需要以技術(shù)角度為出發(fā)點控制滲碳溫度，從生產(chǎn)成本角度合理提升滲碳溫度。這就要求相關(guān)技術(shù)人員進行合理協(xié)調(diào)，保證實用性和生產(chǎn)力。

加熱溫度是不應(yīng)該太快的，特別是對于壁厚較大的零件，因為如果加熱速度過快，將導致零件表面與芯體溫差過大，心臟溫度較低。這個過程通常是預(yù)熱到450攝氏度上下，60分鐘以內(nèi)。在一定程度上，淬火溫度對工件的變形存在較大影響。一般來說，淬火溫度越高，零件的熱容越大，淬火溫度越低，零件的熱容越小。因此，需要選擇合適的介質(zhì)來保障淬火溫度的控制性，并考慮介質(zhì)的影響。熱處理設(shè)備性能越優(yōu)良，加熱溫度控制精度越高，爐溫控制精度越高，氣密性越好，加熱均勻性越好、大氣均勻性越好，零件的變形越是可控的。

2 ?變速箱齒輪熱處理變形控制方法

2.1 齒輪設(shè)計要注重壁厚且均勻?qū)ΨQ的零件 ?如果零件壁厚不能達到相關(guān)要求，那么熱處理加工時，相對較薄的區(qū)域受熱較快，就會增加卷曲的發(fā)生幾率。對此，可以采取設(shè)計兩個單獨零件的方式，以此來控制熱處理變形現(xiàn)象，同時，加工過程也能得到簡化。

2.2 明確淬透性的實際范疇 ?企業(yè)根據(jù)自身實際需求對淬透性實際范疇進行明確，也是控制熱處理變形的有效方法。同時，晶粒度也需要給予應(yīng)有的關(guān)注。由于金屬材料均是由多個晶粒所構(gòu)成，而各個晶粒特點不同，對此，可以采取將各個晶粒間差異進行組合的方式，以此抵消各晶粒間的作用力，促使金屬材料異向同性特征的形成。值得一提的是，在這一過程中需要對組成材料進行嚴格挑選，確保晶粒大小和數(shù)量滿足相關(guān)要求。

2.3 運用等溫退火技術(shù) ?近年來，等溫退火技術(shù)在預(yù)熱處理加工中得到了較為廣泛的應(yīng)用，在此背景下，與熱處理成效也有了顯著提升。對于一些奧氏體較為穩(wěn)定的合金鋼而言，等溫退火技術(shù)也是縮短退火周期的重要方式，在穩(wěn)定熱處理變形的過程中也有突出意義。

2.4 完善加工工藝檢驗流程 ?熱處理完成后，還需要有完善的加工工藝檢驗流程為輔助，以此使齒輪的合格率得到充分提升[2]。

2.5 控制好滲碳處理溫度 ?滲碳處理溫度會直接影響到滲碳淬火技術(shù)的實施，同時，滲碳處理溫度也會對零件滲碳速率產(chǎn)生決定性作用，且滲碳處理速度與晶體膨脹是正比關(guān)系。基于此，熱處理工作者要對滲碳處理溫度進行合理控制，并確保生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性，確保生產(chǎn)與所需的一致性。

3 ?結(jié)束語

綜上所述，在實施熱處理環(huán)節(jié)時，相關(guān)操作人員要對齒輪加工技術(shù)熟練掌握，在清晰影響熱處理變形的主要因素基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對熱處理工作的有效控制，以此使齒輪變形的發(fā)生幾率大大降低，確保齒輪質(zhì)量，這對于企業(yè)綜合競爭能力提升和后續(xù)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有積極意義。

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