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弧齒錐齒輪是銑床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要零件，工件材料為20Cr鋼。弧齒錐齒輪加工工序?yàn)椋合铝弦淮周囈徽鹨痪囈汇婟X一拉槽一滲碳淬火一磨內(nèi)孔一研齒。齒輪模數(shù)為3.63mm，齒數(shù)為15，精度為7級(jí)；熱處理要求：滲碳層深度為0.5 -0.7mm，表面硬度為59 -63HRC，心部硬度為35 -45HRC; 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及加工條件限制，該齒輪加工精度要求高，齒圈圓跳動(dòng)≤0.04mm，周節(jié)累計(jì)誤差≤0.032mm。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，不少齒輪采用高頻感應(yīng)加熱電源熱處理后齒形畸變大，出現(xiàn)齒輪接觸精度低，噪聲大，無法滿足高精度技術(shù)要求。
分析認(rèn)為，齒輪畸變是滲碳淬火中組織應(yīng)力與熱應(yīng)力作用的結(jié)果，滲碳淬火件僅在表層發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，故組織應(yīng)力較小，畸變主要取決于工件熱應(yīng)力大小。造成齒輪畸變的主要因素如下：
(1)滲碳溫度過高，使碳化物聚集長大，晶粒粗大，使工件畸變加大。
(2)淬火溫度過高，使工件塑變抗力下降，內(nèi)應(yīng)力增大，畸變?cè)龃蟆?/p>
(3)冷卻介質(zhì)溫度低，造成工件各部位冷卻不均勻，淬火應(yīng)力大，增大工件淬火后畸變量。
改進(jìn)滲碳淬火工藝主要從三方面進(jìn)行了工藝改進(jìn)，一是降低滲碳溫度，降至860℃，這樣工件不但畸變減小，而且細(xì)化了晶粒，工件性能得到提高。二是淬火溫度降至820℃，同樣一方面細(xì)化了晶粒，使齒輪強(qiáng)韌性和耐磨性及疲勞強(qiáng)度得到提高，并且使工件畸變減小，熱應(yīng)力減小。第三是采用熱油淬火，油溫為120℃，這樣工件熱應(yīng)力減少，同時(shí)油溫升高使油流動(dòng)性好，工件冷卻效果均勻良好，使齒輪畸變更小。
采用改進(jìn)工藝措施后．高頻感應(yīng)加熱電源對(duì)齒輪滲碳淬火后，齒輪的各項(xiàng)性能優(yōu)良，均達(dá)到技術(shù)要求指標(biāo)(見下表）；同時(shí)，齒輪滲碳淬火畸變減小，齒輪接觸精度提高，生產(chǎn)中噪聲明顯下降，達(dá)到了技術(shù)要求和生產(chǎn)運(yùn)行需求，提高了齒輪的使用壽命。
齒輪滲碳淬火后的金相組織
比較項(xiàng)目 |
硬化層深度/mm |
表面硬度HRC |
心部硬度HRC |
碳化物級(jí)別 |
馬氏體及殘留奧氏體級(jí)別 |
常規(guī)工藝 |
0.6-0.7 |
59-63 |
35-45 |
≤4級(jí) |
≤5級(jí) |
改進(jìn)工藝 |
0.5-0.6 |
59-63 |
35-45 |
≤3級(jí) |
≤4級(jí) |
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