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变速箱齿轮热处理变形控制方法分析

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李凯

[导读] 摘要：齿轮的疲劳强度、弯曲应力的疲劳强度。、芯抗力、表面粗糙度和抗磨损性是直接决定齿轮寿命的热齿轮的关键指标。

        山东雷沃传动有限公司山东临沂 273300
        摘要：齿轮的疲劳强度、弯曲应力的疲劳强度。、芯抗力、表面粗糙度和抗磨损性是直接决定齿轮寿命的热齿轮的关键指标。由于原材料的性能和热加工都会影响变速器的承载能力，因此根据需要和技术正确地制造材料尤为重要。齿轮承载能力的计算通常是由齿轮热后的表面硬度、芯硬度和硬化深度来测量的。疲劳极限在GB/T3480.5-2008中由ME、MQ和ML三个阶段组合成一个符号。齿轮承载能力的计算基于质量等级和相应的疲劳极限图，同时考虑了齿轮的强度和经济性。
        关键词：变速箱；齿轮；热处理；变形；控制
        引言
        变速箱是汽车重要的受力单元，对于重型汽车来讲，其具有载重大、行驶路况差等特征，在此背景下，也会给变速箱产生剧烈的冲击。因此，为了保证重型汽车的顺利行驶，需要有强度高、耐磨性强且高冲击韧性的变速箱齿轮为支撑，而这一目的的实现，就需要对齿轮热处理过程进行严格控制，防止出现变形而引发的齿轮尺寸变化和异常噪声的情况。
        1齿轮热处理发生变形的重要影响因素分析
        1.1齿轮设计形状
        齿轮在制作中主要用钢等作为材料，钢的属性材料容易受到温度的变化而产生韧度的变化。因此，齿轮会在高温热处理环境下发生一定程度的变形。主要是受热过快所致。在高温下，齿容易轮受热不均匀，内部温度相对于外部表面温度来说，受热相对是较慢的，因此局部温度受热导致形状上发生转变，出现局部位置有凸出或者凹陷的情况[1]。通过分析齿轮在加工热处理过程中出现变形的原因可以得知，设计结构形状是较为突出的影响因素。例如如果设计结构不准确，那么就会导致齿轮的受热不同，变形现象也由此发生。鉴于此，在针对齿轮进行设计时，要对壁的厚度进行合理控制，确保其合理性和均匀对称性。同时，截面尺寸比例间隙也要避免出现过宽的现象。也只有在此方面注重齿轮设计的优化改造，才能使齿轮设计具有的影响有效降低。
        1.2预热处理
        通过分析预热处理目的可以了解到，其本质就在于获得良好的组织和良好的结构，换句话来讲就是对晶粒进行细化，消除残余应力[1]。而实际工艺操作时，主要是以奥氏体转变温度为标准对锻坯进行加热，直至超过标准温度，以此完成锻坯组织向奥氏体的转化。待此环节完成后，对其进行冷却处理，推动组织向铁素体加珠光体组织的转化，进而收获所需的塑形和硬度，同时也简化了切削难度。就实际转化过程而言，奥氏体晶粒都成为珠光体晶粒的衍生体，加之组织细化操作，来达到控制热处理变形的目的。
        1.3热前的应力状态。
        热前零件在经过锻造、正火、抛丸及机加工等工序后，或多或少会累积残余应力、锻造缺陷、组织不良等，而应力集中对变形影响非常显著。消除或控制残余应力的产生对后续热处理工序控制变形大有裨益。锻造过程中通过管理镦粗方向等手段控制金属纤维流线，使其沿齿轮毛坯外轮廓对称状均匀分布；正火过程应控制带状组织形成趋势，减少材料各项异性；机加工过程应注意均匀切削和通过刀具寿命管理等尽力避免加工应力的过度累积和不均匀状态。特别是形状复杂的工件，前序产生的残余应力对淬火变形影响很大，可采用去应力回火或均匀化处理措施消除应力
        1.4锻造
        锻造过程是在高温状态下进行的，这样可提高齿坯结构的均匀性。锻造在提升齿坯组织均匀性方面具有重要作用，同时，依托带状组织可以使热处理变形情况得到有效控制。然而，锻造问题会使热处理变形情况恶化，这主要是因为，金属在锻造作用下其金属流线会出现不对称的情况，如果锻造温度没有合理控制而过高，那么冷却后也会出现不均匀问题。齿坯锻造后，金属纤维流线形状需要以齿坯外部轮廓为依照而对称分布，对其纵剖面上的流线来讲，也要确保其封闭性。此种流线形状毛坯经过热处理后，变形会有固定规律可循，简化了控制工作。而且，如果锻造温度过高，原料的颗粒会生长，在严重的情况下，坯料将报废。

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        2变速箱齿轮热处理变形控制方法
        2.1齿轮设计要注重壁厚且均匀对称的零件
        如果零件壁厚不能达到相关要求，那么热处理加工时，相对较薄的区域受热较快，就会增加卷曲的发生几率。对此，可以采取设计两个单独零件的方式，以此来控制热处理变形现象，同时，加工过程也能得到简化。
        2.2控制好渗碳处理温度
        渗碳处理温度会直接影响到渗碳淬火技术的实施，同时，渗碳处理温度也会对零件渗碳速率产生决定性作用，且渗碳处理速度与晶体膨胀是正比关系。基于此，热处理工作者要对渗碳处理温度进行合理控制，并确保生产的协调性，确保生产与所需的一致性。
        2.3强化喷丸工艺的推广应用
        当齿轮承受弯曲应力时，其赫兹接触应力达到最大应力，从而使齿侧疲劳状态垂直于最大应力延伸，并在微裂纹发展为宏观裂纹时降低或甚至断裂硬化层。研究表明，随着焊接齿轮强度的增加和齿轮平面残馀压力的增大，弯曲应力增大。强化滚珠丝杠是一种加工方法，在这种方法中，通过连续冲击快速注入钢球会导致齿侧或齿端产生一定的残馀应力。它适应性强、操作简单、生产力高，通过补偿一部分外部载荷的拉伸应力来提高效率，从而防止接触应力下微裂纹的膨胀，有效消除了设计和制造过程中应力的影响，部分消除了碳分离过程中晶体管氧化物的影响。因此，增强的球形辐射会增加接触和弯曲应力时的齿疲劳强度。数据表明，车轮燃烧后表面处于应力状态，通过增大喷砂喷嘴增加了零件表面的应力。这将进一步提高接触在零件表面上的疲劳强度。
        2.4渗碳淬火工艺的应用
        渗碳淬火工艺是将渗碳和淬火两种工艺放在一起进行，与常规工艺相比，减少一次中间高温回火过程，其他工艺与常规工艺完全相同，即正火+高温回火+（渗碳淬火）+低温回火。渗碳淬火温度为920℃，保温待渗碳至98%时降温至840℃，保温1h，然后淬火，淬火介质选择油淬，之后空冷。渗碳淬火工艺的齿跳和径跳都在要求的范围之内，满足变形要求（要求：径跳≤0.3mm，齿跳≤0.25mm）。这主要是因为渗碳淬火工艺省去了原本安排在渗碳和淬火之间的一道高温回火工序，减少了一次加热和冷却过程，并将渗碳和淬火工艺放在一起进行，从原来的两次入炉变成了一次入炉，大大减少了因频繁加热和冷却导致的热应力，控制了热变形。通过上述预处理工艺、工件装炉码放方式、渗碳预热、渗碳淬火工艺对变形影响的试验，改进了热处理工艺，有效控制了17CrNiMo6钢制造的轴齿轮在渗碳淬火后产生的严重变形，而且改进后的热处理工艺已在生产中得到了验证，并且应用于生产。
        结束语
        综上所述，在实施热处理环节时，相关操作人员要对齿轮加工技术熟练掌握，在清晰影响热处理变形的主要因素基础上，实现对热处理工作的有效控制，以此使齿轮变形的发生几率大大降低，确保齿轮质量，这对于企业综合竞争能力提升和后续企业可持续发展都具有积极意义。
        参考文献：
        [1]荣庆鹏.变速箱齿轮热处理变形控制方法分析[J].内燃机与配件，2018（23）：33-34.
        [2]杨小冈.变速箱齿轮热处理与质量控制探讨[J].南方农机，2018，49（17）：180+186.
        [3]蔡志超.变速箱齿轮机加工和热处理工艺优化研究[D].华南理工大学，2018.
        [4]刘晓，宁利群.变速箱齿轮热处理变形控制方法分析[J].内燃机与配件，2018（10）：135-136.
        [5]杨玲玲，李宇，潘杰花.汽车变速箱齿轮在不同热处理工艺参数下的变形研究[J].铸造技术，2016，37（02）：237-240