由于汽車變速器齒輪有很多內(nèi)花鍵聯(lián)接,內(nèi)花鍵的Z終變形,直接影響到齒輪的精度等級(jí)及裝配。在所有變形中,主要的變形為熱處理變形。但是影響熱處理變形的因素很多,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料、鍛造、預(yù)熱處理、機(jī)械加工工藝、熱處理工藝。為了控制熱處理滲碳淬火變形,必須對各工序進(jìn)行全面的質(zhì)量控制,對不合格品進(jìn)行原因分析,并制訂對策。我們按工藝路線對各工序進(jìn)行分析,找出影響質(zhì)量的各種因素并針對性進(jìn)行控制。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響
舉例:某司生產(chǎn)變速器里面的一個(gè)內(nèi)花鍵齒輪,結(jié)構(gòu)簡圖如下:
更改前 更改后
在沒有和客戶溝通時(shí),按照¢39尺寸加工,熱處理后花鍵有錐度,¢39這端花鍵大徑尺寸比另一端大徑尺寸小0.04mm。和客戶進(jìn)行了溝通,在不影響整體裝配質(zhì)量
的情況下,把¢39改為¢42,熱處理后,花鍵錐度基本消除。從這一改進(jìn)可以看出,在進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,除了考慮整個(gè)總裝配的質(zhì)量外,還必須兼顧單個(gè)
產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)平衡,這樣有利于熱處理變形的控制。
材料的因素
20CrMnTiH在
齒輪行業(yè)得到普通的使用,由于受到冶煉水平等影響,原材料質(zhì)量狀況不穩(wěn)定,同時(shí)進(jìn)貨渠道不同,質(zhì)量狀態(tài)也有一定的波動(dòng),給變形控制帶來很大的
難度,從總體來說,原材料對變形的影響如下:
A、材料淬透性是影響熱處理變形的主要因素之一,淬透性帶寬較小,變形較小,反之則變形較大;
B、材料的冶煉質(zhì)量,鋼材通過真空脫氣處理后,材料純凈度高、雜質(zhì)含量少、晶粒度均勻,以氧化物為主的雜質(zhì)大量減小。鋼材晶粒度對變形有著明顯的影響,隨
著晶粒度尺寸增加,變形較大,因此要嚴(yán)格控制晶粒度的尺寸及混晶,晶粒度要求6‐8級(jí),同時(shí),隨著淬透性的增加,變形率增大,因而在
齒輪選擇材料時(shí),只要淬
透性能滿足要求即可,盡可能的控制好淬透性帶,以利于變形規(guī)律的統(tǒng)計(jì)和摸索。
要控制好熱處理變形,我們必須對原材料進(jìn)行有效的監(jiān)控:
A、指定鋼材廠家,不能隨意更換;
B、不同批次的鋼材,要進(jìn)行試驗(yàn),滿足要求才能使用,否則應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整;
C、偏析嚴(yán)重、帶狀組織嚴(yán)重、原始組織粗大、非等軸晶粒的鋼材不能使用;
鍛造及預(yù)熱處理的影響
鍛造可減少偏析,使組織均勻,帶狀組織減輕,因此有利于減少熱處理變形。但要注意鍛造工藝的合理性,應(yīng)使金屬纖維流線的形狀對稱,鍛坯充滿模腔,鍛造工藝
盡可能一致,否則停鍛溫度相差過大,也可能引起內(nèi)孔脹縮不一。
為了消除鍛造
應(yīng)力,均勻細(xì)化組織,保證硬度在要求范圍內(nèi),鍛坯必須進(jìn)行等溫正火,等溫正火的質(zhì)量影響變形的均勻性,等溫正火工藝必須嚴(yán)格執(zhí)行,否則會(huì)使變
形增大,失去規(guī)律,難以控制。下圖為變形較大的
齒輪心部組織,組織極不均勻,呈方向性,使內(nèi)花鍵變形超差。
機(jī)械加工的影響因素
我司內(nèi)花鍵采用長沙立式拉床(L5710)進(jìn)行Z終加工:
A、精車工序要求比較高,端面跳動(dòng)必須保證在0.01mm以內(nèi),內(nèi)孔尺寸¢28+0.016/0,內(nèi)孔及端面粗糙度必須保證Ra1.6。
B、拉刀設(shè)計(jì)時(shí),齒升量、分屑槽、前角、拉屑齒數(shù)等完全按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,拉刀材料和熱處理必須受控。通過試驗(yàn)證實(shí)熱后大徑收縮量為0.03‐0.04mm。所以制訂
拉刀是大徑加上了熱處理變形量0.04mm,
C、拉床胎具平行度0.005,與機(jī)床垂直度0.005。
D、拉屑速度1.5‐1.8m/min,拉屑?jí)毫?0‐13MPa
E、拉刀不能過度使用,這樣既損坯拉刀,又增加了加工
應(yīng)力,加大了熱處理變形。所以在拉內(nèi)花鍵過程中,必須對外觀進(jìn)行全檢,如果齒面沒有光潔度,或者有
拉傷現(xiàn)象,必須更換拉刀。通過對以上參數(shù)的固化,減少拉內(nèi)花鍵工序?qū)崽幚砗髢?nèi)花鍵變形的影響。
熱處理工藝的影響因素
齒輪熱處理滲碳淬火時(shí),必然產(chǎn)生不同程度的變形,由于裝爐大,稍有不慎,會(huì)造成大批量不合格品,甚至全部報(bào)廢。通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和仔細(xì)研究,采取有效措施,可
以大大減小變形,影響因素主要有:
A、裝爐方式:
產(chǎn)品用圓形料棒串起來,橫放在熱處理工裝上,如下圖:
1)產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的間隙>0.1mm;
2)料棒與產(chǎn)品內(nèi)孔之間的間隙不能太大,也不能太小,0.5mm合適;
3)料棒平直,不能彎曲;
B、淬火溫度:
滲碳溫度與淬火溫度對內(nèi)花鍵變形有很大的影響,滲碳溫度與淬火溫度越高,花鍵內(nèi)孔的收縮量就越大,且淬火溫度的影響更明顯,淬火溫度越高,產(chǎn)生的組織
應(yīng)力
越大,變形就越大,但淬火溫度不宜過低,否則會(huì)出現(xiàn)非馬氏體,對零件的性能產(chǎn)生一定的影響。
C、均溫時(shí)間:
滲碳溫度降到淬火溫度后,要有一定的均溫時(shí)間,否則不能保證零件淬火溫度的均勻一致性,這樣會(huì)引起花鍵內(nèi)孔變形不穩(wěn),為了減少變形,應(yīng)在淬火溫度均溫1.5
小時(shí)。
D、淬火介質(zhì):
淬火介質(zhì)的冷卻特性是影響
齒輪內(nèi)花鍵變形的重要因素,如果能合理的選擇淬火介質(zhì),可以將內(nèi)花鍵變形控制在工藝范圍內(nèi),通過不斷的調(diào)整和摸索,得到合理的熱
處理工藝,將內(nèi)花鍵變形減到Z小。
E、碳濃度:
滲碳
齒輪的表面碳濃度、滲層深度會(huì)對組織的膨脹系數(shù)產(chǎn)生影響,如果滲碳時(shí)不對爐內(nèi)碳勢及工藝過程進(jìn)行嚴(yán)格控制,每爐產(chǎn)品的表面碳濃度、滲層深度都不一致,
變形就沒有規(guī)律。
文中沒有列舉相關(guān)數(shù)據(jù),主要考慮到數(shù)據(jù)沒有借鑒意義。因?yàn)闊崽幚碜冃问且粋€(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,而且還具有一定的特殊性,不同的產(chǎn)品,機(jī)加工藝不同,不同的熱
處理爐,熱處理工藝也會(huì)不同,但控制方法是相同的,只要掌握了正確的方向,根據(jù)實(shí)際情況,進(jìn)行數(shù)據(jù)收集,然后調(diào)整和改進(jìn),總結(jié)出合理的工藝。
總之,要對
齒輪內(nèi)花鍵熱處理變形進(jìn)行有效的控制,必須做到:合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),合理的工藝,各工序都處于受控狀態(tài),才能將內(nèi)花鍵熱處理變形降到Z小。