控制漸開線齒輪熱處理變形的工藝措施

陳 武，孫付仲

（馬鞍山方圓精密機(jī)械有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

熱處理工藝是齒輪加工中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)齒輪的質(zhì)量影響很大。通過熱處理工藝齒輪的綜合性能得到了有效的提升，但是在加工過程中，熱處理會(huì)導(dǎo)致齒輪會(huì)發(fā)生變形，損害其使用效果，也對(duì)企業(yè)的利益造成一定的影響。所以為更好的處理齒輪在熱處理過程中造成的變形問題，需要采取合理的方法，減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，確保企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 漸開線齒輪和熱處理變形理論

1.1 漸開線齒輪概述

在知道漸開線齒輪是什么前，首先要對(duì)漸開線的原理進(jìn)行掌握，這樣才能充分了解漸開線齒輪的內(nèi)涵。漸開線是一個(gè)數(shù)學(xué)概念，指一條直線在一個(gè)圓上在滾動(dòng)過程中，在這條直線上的每一個(gè)點(diǎn)所運(yùn)動(dòng)的軌跡叫做漸開線，這個(gè)圓與直線分別叫做基圓與發(fā)生線。所以漸開線齒輪是指齒輪的齒形是由漸開線與過渡線組合而成，這就是漸開線齒輪。漸開線齒輪具有以下幾個(gè)特征：熱處理要求高；加工精度高；加工齒輪需要專業(yè)的加工設(shè)備等。由于漸開線齒輪的應(yīng)用十分廣泛，具有較為廣泛的市場前景，因此，對(duì)漸開線齒輪進(jìn)行深入研究具有重要意義，有助于促進(jìn)該行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

1.2 熱處理變形理論

通過加熱、冷卻等方式對(duì)零部件材料進(jìn)行加工，可以改變材料的組織結(jié)構(gòu)從而達(dá)到人們的各種需求。在對(duì)回轉(zhuǎn)支承齒輪進(jìn)行熱加工過程中，會(huì)出現(xiàn)熱處理變形現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的主要原因是：第一，熱應(yīng)力。在材料進(jìn)行加工過程中，如果材料表里的溫度產(chǎn)生溫差，這時(shí)就會(huì)在熱脹冷縮的影響下產(chǎn)生熱應(yīng)力；第二，組織應(yīng)力。在對(duì)材料進(jìn)行加工過程中，材料表面與心部（或者是其他部分）的組織在轉(zhuǎn)變時(shí)，由于時(shí)間不同，出現(xiàn)的組織應(yīng)力也不同。上面兩個(gè)因素是熱處理變形的主要因素，嚴(yán)重影響零件的工藝質(zhì)量和使用性能。所以要對(duì)熱處理變形的影響因素進(jìn)行細(xì)致的分析，并采取科學(xué)的控制工藝，降低對(duì)企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)也要控制好熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)熱處理工藝的規(guī)范化、科學(xué)化，提升熱處理的效果。

2 漸開線齒輪熱處理變形的影響因素和控制工藝措施

2.1 影響因素

漸開線齒輪熱處理變形的影響因素可以分為下面幾個(gè)部分：第一，熱處理工裝和設(shè)備的選擇。首先要對(duì)熱開線齒輪的預(yù)處理工藝進(jìn)行嚴(yán)格的控制，確保其具有良好的塑性，對(duì)齒輪齒形與結(jié)構(gòu)進(jìn)行均勻的設(shè)計(jì)，便于在熱處理時(shí)產(chǎn)生的不均勻應(yīng)力被合理分散。但是在實(shí)際加工過程中，需要對(duì)齒輪進(jìn)行切削，但是這一過程會(huì)發(fā)生加持過緊的情況，在熱處理過程中，齒輪的變形情況就會(huì)增加。

第二，齒輪材料的性質(zhì)。在對(duì)漸開線齒輪進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)受到齒輪材料的影響，材料質(zhì)地的不同，變形程度也會(huì)不同，在熱處理時(shí)如果處理的條件不同，同種材料的變形情況也會(huì)有所不同，而齒輪的材料會(huì)直接影響其后期的使用效果與壽命。所以就要對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，確保熱處理的效果。

第三，熱處理工藝規(guī)程。在熱處理的操作環(huán)節(jié)，熱處理工藝規(guī)程發(fā)揮著重要作用，能科學(xué)合理的指導(dǎo)操作工藝與步驟，對(duì)熱處理的效果具有重要影響。因此熱處理過程一定要科學(xué)合理，這樣才能為熱處理操作提供可靠的指導(dǎo)，減少變形情況的發(fā)生。但是就目前來開，對(duì)熱處理工藝規(guī)程的編制不夠科學(xué)，對(duì)熱處理工藝造成一定影響，從而導(dǎo)致熱處理變形的發(fā)生。

第四，預(yù)熱處理工藝影響。漸開線齒輪進(jìn)行預(yù)熱處理，對(duì)材料中的晶粒進(jìn)行細(xì)化，有助于消除材料中的殘余應(yīng)力，降低變形率。由于預(yù)熱處理的過程中，依然存在冷卻不夠穩(wěn)定等問題，使得齒輪內(nèi)部的晶粒過大，影響后期的熱處理，進(jìn)而導(dǎo)致熱處理變形的出現(xiàn)。

2.2 控制工藝措施

對(duì)漸開線齒輪熱處理的工藝進(jìn)行有效的控制，能有效減少熱處理變形的發(fā)生，提升熱處理質(zhì)量。

第一，加強(qiáng)對(duì)齒輪加工過程的管理與控制。在對(duì)漸開線齒輪進(jìn)行熱處理加工時(shí)，要保證加工技術(shù)的可靠性與合理性，確保齒輪加工的精準(zhǔn)度，提升其穩(wěn)定性，加大對(duì)熱處理環(huán)節(jié)的處理。比如，在切削齒輪時(shí)，要保證加工設(shè)備的穩(wěn)定性與切削刀具的合適性，在切削過程中也要保證相關(guān)的參數(shù)、速度等要符合加工要求。在對(duì)加工工藝進(jìn)行控制時(shí)，需要滿足熱處理的溫度要求，減少引領(lǐng)對(duì)齒輪造成的影響；同時(shí)也要熟練掌握熱處理操作規(guī)程，確保操作的規(guī)范性與科學(xué)性。

第二，改善齒輪鍛件質(zhì)量。在對(duì)漸開線齒輪進(jìn)行鍛造加工過程中，由于工藝的穩(wěn)定性較低，很容易在不均勻的組織下出現(xiàn)齒輪鍛坯質(zhì)量不過關(guān)的情況。如果齒輪鍛件的質(zhì)量不合格，會(huì)對(duì)切削的效果造成很大影響，進(jìn)而增加成企業(yè)的成本。雖然加工人員在預(yù)先正火的方法下，能對(duì)一部分影響進(jìn)行有效的消除，但是控制效果并不理想，很難確保鍛件的質(zhì)量。為保證鍛件的質(zhì)量，首先要加大對(duì)材料的質(zhì)量控制，選擇材料時(shí)需保證良好的淬透性與硬度；其次要合理設(shè)計(jì)零件，保證零件的結(jié)構(gòu)均勻、簡單。所以在鍛造過程中，要有效排放加熱區(qū)的料坯，保持加熱溫度的均勻，減少由于不均勻的應(yīng)力造成的鍛造質(zhì)量問題。所以對(duì)鍛造工藝進(jìn)行嚴(yán)格的控制，能有效保證鍛造質(zhì)量，從而減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，保證漸開線齒輪的質(zhì)量。

第三，合理選擇冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)是熱處理工藝的重要組成部分，可以說熱處理工藝無法離開冷卻介質(zhì)，回轉(zhuǎn)支承熱處理中淬火是十分重要的環(huán)節(jié)，如果離開冷卻介質(zhì)，淬火工藝則難以實(shí)現(xiàn)[1]。比如在對(duì)回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行熱處理時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行熱處理，由于回轉(zhuǎn)支承的應(yīng)用場合不同，淬火也可以分為全齒與單齒淬火，如果淬火工藝不達(dá)標(biāo)，很難滿足回轉(zhuǎn)支承的質(zhì)量要求。為確保淬火的效果，要保證冷卻介質(zhì)的各項(xiàng)化學(xué)與物理指標(biāo)符合要求，保證冷卻的溫度、速度，減少回轉(zhuǎn)支承淬火過程中發(fā)生的變形情況。如果在淬火過程中，冷卻的速度過快，回轉(zhuǎn)支承的變形量就會(huì)增加。所以在淬火時(shí)要合理選擇介質(zhì)，保證熱處理的效果，防止熱處理的變形量增加[2]。

如果漸開線齒輪已經(jīng)發(fā)生了變形，這時(shí)要及時(shí)采取可靠的方法對(duì)其進(jìn)行處理，一般會(huì)選擇冷校直與熱校直。選擇冷校直的條件是在完成淬火后，零件的齒輪的硬度在40HRC以下時(shí)，而選擇熱校直的條件是齒輪在完成淬火后，溫度冷卻時(shí)沒有冷卻到馬氏體開始轉(zhuǎn)溫度點(diǎn)以下，這時(shí)使用此種方法會(huì)起到良好的作用。

第四，預(yù)熱處理工藝控制。在進(jìn)行預(yù)熱處理時(shí)，分為四個(gè)方面的內(nèi)容:鍛件預(yù)處理，確保晶粒度在4-7級(jí)，強(qiáng)度為435N/mm2；切削時(shí)要保證刀具的質(zhì)量，保證被加工零件的相關(guān)參數(shù)符合工藝要求；在熱處理時(shí)要對(duì)鍛坯的組織、硬化層等相關(guān)指標(biāo)與參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查；最后需要對(duì)零件的質(zhì)量及使用性能進(jìn)行檢查，確保預(yù)熱處理符合要求[3,4]。

3 結(jié)束語

漸開線齒輪的使用性能與熱處理工藝有直接的聯(lián)系，也會(huì)對(duì)漸開線齒輪的使用效果及壽命產(chǎn)生很大影響。因此在熱處理過程中，要保證熱處理材料的相關(guān)參數(shù)符合要求，確保切削加工的質(zhì)量，嚴(yán)格控制熱處理工藝流程，減少熱處理工藝變形的發(fā)生。同時(shí)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步下，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)熱處理的控制水平會(huì)更高，不斷提升熱處理的穩(wěn)定性與質(zhì)量，提升漸開線齒輪的使用效果與壽命，促進(jìn)我國漸開線齒輪制造企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。