齒輪熱處理變形的影響因素及控制措施

陳園華

摘要：隨著近幾年工業(yè)化的快速發(fā)展，工業(yè)對(duì)齒輪的熱處理要求越來(lái)越高，但齒輪熱處理工序繁瑣，稍有不慎很容易造成齒輪熱處理變形，而齒輪熱處理變形不僅會(huì)導(dǎo)致齒輪尺寸不精準(zhǔn)，更影響齒輪的使用壽命。本文通過(guò)分析造成齒輪熱處理變形的原因及控制因素，為降低齒輪熱處理變形幾率提供有價(jià)值的參考，精準(zhǔn)把握齒輪的尺寸大小。

關(guān)鍵詞：齒輪;熱處理;變形因素

引言

工業(yè)進(jìn)程的加快發(fā)展直接影響齒輪熱處理工藝技術(shù)的發(fā)展，齒輪熱處理變形問(wèn)題常有發(fā)生。所以相關(guān)技術(shù)人員需要通過(guò)具體分析影響齒輪熱處理變形的因素，并提出能夠有效防止變形的措施，進(jìn)而有效解決齒輪熱處理變形的問(wèn)題。

1 影響齒輪熱處理變形的主要因素

1.1 齒輪的原材料

齒輪的材料選擇很重要，相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，齒輪的原材料是直接影響齒輪熱處理變形的主要原因之一，因?yàn)辇X輪本身功能的特殊性，一方面，不僅要在熔煉和對(duì)稱凝固環(huán)節(jié)時(shí)嚴(yán)格把控原材料，保證原材料其中的成分不流失，零部件間達(dá)到一致性。另一方面，還要考慮原材料的淬透性，選擇應(yīng)用淬透性高、收縮性高的的原材料，能有效避免齒輪熱處理過(guò)程中發(fā)生變形。但淬透性強(qiáng)的原材料有一個(gè)隱患，容易造成齒輪淬火處理后圓度不增加的問(wèn)題出現(xiàn)。

例如國(guó)內(nèi)外不同鋼廠所生產(chǎn)的材料淬透性也不同，具體對(duì)比情況如表。

1.2 齒輪設(shè)計(jì)

不同的齒輪有不同的形狀，而不同的形狀的齒輪熱處理過(guò)程也不一致，所以在制作齒輪時(shí)作用力也不相同。因此影響齒輪熱處理變形的因素也包括齒輪的設(shè)計(jì)及制造。所以相關(guān)人員在設(shè)計(jì)齒輪上要做足功課，科學(xué)合理的評(píng)估齒輪熱處理過(guò)程中可能出現(xiàn)變形的原因，在實(shí)際齒輪設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)盡量避免設(shè)計(jì)出影響齒輪熱處理變形的形狀。有效降低齒輪熱處理變形的概率。

1.3 淬火處理

材料選擇和齒輪的設(shè)計(jì)形狀均是影響齒輪熱處理變形的主要原因。但影響最大的因素是淬火處理環(huán)節(jié)。齒輪中的大多數(shù)零件都是在淬火中加工而成的，所以在淬火加工過(guò)程中由于加熱溫度不好掌握，齒輪受熱不均勻，很容易出現(xiàn)變形的問(wèn)題，因此在淬火過(guò)程中，要慎重控制好加熱的速度與溫度，只有控制好加熱溫度及淬火冷卻的速度，才能保證齒輪熱處理不變形。

1.3.1 裝料方式

齒輪熱處理是指在高溫環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的淬火處理，在這個(gè)過(guò)程中齒輪會(huì)因?yàn)槲恢米兓l(fā)生變形，為了防止這類狀況發(fā)生，相關(guān)技術(shù)人員采取了有效裝料方式，即平放或者吊掛方式，而實(shí)踐表明平裝更能確保齒輪的精確度。

1.3.2 淬火溫度

淬火的溫度也是技術(shù)人員需要細(xì)心把控的，淬火的溫度最好控制在850攝氏度，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致齒輪的韌性發(fā)生改變，齒輪發(fā)生變形的可能性就會(huì)增加。同時(shí)，如果能夠嚴(yán)格控制淬火的溫度，也可通過(guò)降低淬火溫度來(lái)阻止齒輪變形情況的發(fā)生，但此種情況并不多見(jiàn)。

1.4 齒輪機(jī)械加工

齒輪的機(jī)械加工水平也是影響齒輪熱處理變形的主要原因，在進(jìn)行齒輪加工前，要仔細(xì)檢查機(jī)械道具是否受損，受損嚴(yán)重的機(jī)械將會(huì)直接導(dǎo)致齒輪精準(zhǔn)度不夠，齒輪拉花出口對(duì)不上，更嚴(yán)重的直接導(dǎo)致齒輪的損壞等問(wèn)題，如果鍛造方法有誤也會(huì)直接導(dǎo)致齒輪熱處理的變形。同時(shí)由于深加工時(shí)，產(chǎn)生的加工應(yīng)力會(huì)被釋放，各齒輪零部件自身強(qiáng)度在此過(guò)程中強(qiáng)度都會(huì)大大降低，處理不當(dāng)很容易造成齒輪變形的情況發(fā)生。

2 齒輪熱處理變形的具體控制措施

通過(guò)以上分析得知，影響齒輪熱處理變形的因素有很多，且存在于各個(gè)環(huán)節(jié)，為了控制齒輪在熱處理過(guò)程中發(fā)生變形問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員可參考一下具體控制措施，前面提高齒輪的質(zhì)量。

2.1 科學(xué)選擇齒輪材質(zhì)

齒輪原材料的淬透性直接影響齒輪熱處理變形，要科學(xué)選擇制作齒輪的原材料，不同的材料的淬透性各不相同，淬透性的選擇要依據(jù)不同齒輪的的工件材質(zhì)，通常要保持一致性，相較于其他材料，鋼材的淬透性更好。同時(shí)齒輪的精準(zhǔn)度也會(huì)影響原材料的淬透性，比如我國(guó)齒輪的原材料主要是20Cr Mn Ti 鋼，這類鋼晶體不均勻，很容易出現(xiàn)熱處理變形的問(wèn)題。另外，考慮到綜合成本，要選擇適合的機(jī)械加工設(shè)備。

2.2 合理進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)

相關(guān)設(shè)計(jì)人員要充分考慮導(dǎo)致齒輪熱處理環(huán)節(jié)發(fā)生變形的各種原因，在不改變?cè)行阅艿幕A(chǔ)上，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)齒輪形狀，在設(shè)計(jì)齒輪形狀時(shí)，要考慮齒輪均衡受力程度，形狀構(gòu)造簡(jiǎn)單直接最好，從而減少因受力不均勻?qū)е碌淖冃螁?wèn)題出現(xiàn)。

2.3 選擇合適的熱處理工藝

在齒輪熱處理過(guò)程中，應(yīng)選擇淬火油作為淬火介質(zhì)，熱油淬火比冷油淬火變形小，油的冷卻能力、攪拌方式也是影響變形的重要因素，同時(shí)要適當(dāng)應(yīng)用添加劑來(lái)提升齒輪零部件的硬度，保證齒輪的質(zhì)量。

2.3.1 優(yōu)化裝料方式

為了使齒輪零部件在加熱過(guò)程中均衡受熱，可以優(yōu)化裝料方式，盤類零件與油面垂直放置，軸類零件立裝，同時(shí)還可使用補(bǔ)償墊圈，以減少因熱力不均而造成的齒輪變形情況的發(fā)生。

2.3.2 預(yù)熱處理

齒輪完成鍛造處理加工后，也會(huì)因?yàn)閼?yīng)力不可控在熱處理環(huán)節(jié)出現(xiàn)受熱不均的問(wèn)題，預(yù)熱處理好能有效的預(yù)防此種情況發(fā)生，在鍛造后進(jìn)行預(yù)熱加工處理，通過(guò)改善齒輪原材料的組織結(jié)構(gòu)，能有效防止因應(yīng)力重新分布而出現(xiàn)變形的問(wèn)題。

2.4 提高機(jī)械加工的質(zhì)量

在機(jī)械裝備的選擇上，要選擇質(zhì)量好的機(jī)械設(shè)備。考慮影響到齒輪熱處理變形的一系列因素，技術(shù)人員可以總結(jié)出齒輪發(fā)生變形原因，在以后齒輪熱處理過(guò)程中，提前準(zhǔn)備預(yù)防方案，可以有效的防止變形情況的發(fā)生。另外，對(duì)材料特殊，形狀奇怪的齒輪，保險(xiǎn)起見(jiàn)，需要進(jìn)行二次熱處理加工。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上分析得知，影響齒輪熱處理變形的因素有很多，為了

能有效防止齒輪熱處理變形問(wèn)題的出現(xiàn)，不僅要科學(xué)的選擇鑄造齒輪的材料和合理的齒輪設(shè)計(jì)，還要充分利用熱加工處理技術(shù)，全面提高機(jī)械加工的質(zhì)量，從而有效降低齒輪熱處理變形發(fā)生的概率，確保齒輪的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]應(yīng)俊龍，巢昺軒，蔣克全，李智勇.熱處理變形問(wèn)題分析及解決措施[J].熱處理技術(shù)與裝備，2019 （05）.

[2]劉鵬亮，劉興啟，耿建林.齒輪熱處理變形的影響因素及控制措施[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019 （21）.

[3]吳全民，董增利，張亞軍.軸齒輪鍵槽的熱處理變形數(shù)據(jù)處理[J].機(jī)械工程師，2017 （01）.

[4]高靜，申志敏.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2017 （06）.

[5]張凱.金屬材料的熱處理變形與防控分析[J].四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015 （01）.