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      淺析內(nèi)花鍵感應(yīng)淬火變形

      2021-07-20 12:25:04閆科李精華賈武劉光宗
      金屬加工(熱加工) 2021年6期
      關(guān)鍵詞:縮量花鍵錐度

      閆科,李精華,賈武,劉光宗

      西安雙特智能傳動有限公司 陜西西安 710119

      1 序言

      由于內(nèi)花鍵的結(jié)構(gòu)特性,無法在熱處理后進行精加工來保證尺寸,因此在內(nèi)花鍵熱處理前編制機加工工藝時,要考慮到熱處理變形的影響,需預(yù)留一定的變化量,而預(yù)留量的多少則要經(jīng)過大量工藝試驗驗證。不同的感應(yīng)淬火頻率、淬硬層深、感應(yīng)加熱工藝都會有不同的變形量;不同的零件結(jié)構(gòu)及內(nèi)花鍵壁厚,感應(yīng)淬火后也會有不同的變形量;另外,不同的材料、金相組織,熱處理后變形量也不盡相同。

      經(jīng)過試驗驗證,摸索出各因素對感應(yīng)淬火變形的影響數(shù)據(jù),可較大程度地縮短類似內(nèi)花鍵零件的開發(fā)周期,提高感應(yīng)淬火質(zhì)量,對內(nèi)花鍵感應(yīng)淬火具有積極的指導(dǎo)、參考意義。

      2 零件說明

      圖1是兩種不同結(jié)構(gòu)的行星架,材料為QT700-2,其內(nèi)花鍵頂圓直徑均為54mm,有效長度均為53mm,花鍵模數(shù)均為1.5875,壁厚分別是12mm和2 3 m m。感應(yīng)淬火要求內(nèi)花鍵根部淬硬層深≥0.4mm,硬度≥45HRC,允許內(nèi)花鍵全長淬火。

      圖1 內(nèi)花鍵行星架結(jié)構(gòu)

      零件開發(fā)過程中,嘗試采用不同頻率的感應(yīng)加熱電源,所得到的感應(yīng)淬火層深和變形數(shù)據(jù)也都不同。采用不同的淬火機床,零件裝夾跳動不同,熱后內(nèi)花鍵錐度、圓度也不同。

      3 淬硬層深對內(nèi)花鍵變形的影響

      在滿足最小淬硬層深及硬度要求的前提下,選擇加熱電源的頻率越低,淬硬層深就越大;其感應(yīng)加熱影響區(qū)深度越大,冷卻時內(nèi)花鍵縮量也越大。反之,選擇加熱電源的頻率越高,淬硬層深就越?。黄涓袘?yīng)加熱影響區(qū)深度越小,冷卻時內(nèi)花鍵縮量也就越?。?]。

      不同頻率的感應(yīng)加熱電源,所得到的淬硬層深不同,變形數(shù)據(jù)也就不同。因此,在內(nèi)花鍵熱處理前預(yù)留量的選擇上,一定要根據(jù)感應(yīng)熱處理設(shè)備電源頻率,做好試驗數(shù)據(jù)收集。

      在實際生產(chǎn)中,因各種條件限制,感應(yīng)加熱所用設(shè)備的頻率會遠遠偏離所需的最佳頻率。經(jīng)實踐證明,對于齒輪、花鍵類零件的感應(yīng)加熱,頻率的選擇與模數(shù)有關(guān)。當(dāng)感應(yīng)加熱比功率Pb<1.5kW/cm2時,其選擇的最佳頻率為f=2.5×105/M2(M為齒輪模數(shù))[2]。

      此類零件內(nèi)花鍵模數(shù)為1.5875,故最佳頻率選擇:f=2.5 ×105/1.58752=99200Hz=99.2kHz。在內(nèi)花鍵零件感應(yīng)淬火工藝開發(fā)過程中,曾使用兩種不同頻率的電源進行感應(yīng)加熱淬火。

      (1)使用30~40kHz的超音頻感應(yīng)加熱淬火設(shè)備 因為頻率偏低,實際加熱過程中熱能量從內(nèi)花鍵根部傳導(dǎo)至內(nèi)花鍵頂部[3]。在根部淬硬層深達到1.5mm以上時(見圖2、圖3),頂部才完全達到奧氏體化溫度。經(jīng)熱處理前后對比,內(nèi)花鍵變形平均縮量在0.19mm。

      圖2 根部硬化層深1.05mm

      圖3 根部硬化層深1.5mm

      (2)使用200~400kHz的高頻感應(yīng)加熱淬火設(shè)備 因為頻率過高,熱能量從內(nèi)花鍵頂部傳導(dǎo)至內(nèi)花鍵根部。在相同的淬硬層深度時,不同的頻率選擇,變形數(shù)據(jù)也有差異。

      當(dāng)頻率選擇200kHz時,內(nèi)花鍵根部淬硬層深為0.6~0.8mm,符合圖樣技術(shù)要求。熱處理前后對比,內(nèi)花鍵變形平均縮量在0.14mm。

      當(dāng)頻率選擇235kHz時,內(nèi)花鍵根部硬化層深為0.6~0.8mm,符合圖樣技術(shù)要求。熱處理前后對比,內(nèi)花鍵變形平均縮量在0.10mm(見表1)。

      表1 不同狀態(tài)下內(nèi)花鍵變形數(shù)據(jù)對比

      4 零件結(jié)構(gòu)對內(nèi)花鍵變形的影響

      零件結(jié)構(gòu)對熱處理變形有較大的影響。對于內(nèi)花鍵感應(yīng)淬火零件,其壁厚是最重要的影響因素之一,壁厚越薄,內(nèi)花鍵錐度越大,圓度也越大。對于本文兩種結(jié)構(gòu)的內(nèi)花鍵,長度較長,在感應(yīng)淬火時,孔口位置相對中心位置冷卻速度較快,縮量也較大,因此在整個內(nèi)花鍵長度上存在一定的錐度。

      在相同淬硬層深的背景下,對比12mm和23mm壁厚感應(yīng)淬火加工后檢測發(fā)現(xiàn),23m m壁厚的內(nèi)花鍵錐度較小,只有0.02mm。在工藝編制時,將12mm壁厚的的外圓直徑由78mm增加到100mm,在內(nèi)花鍵感應(yīng)淬火后再將外圓直徑加工到要求尺寸。

      經(jīng)過驗證,通過熱處理前增加外圓車削余量、熱處理后機加工至外圓尺寸的方法,將12mm壁厚的內(nèi)花鍵錐度也穩(wěn)定地控制在0.02mm范圍內(nèi)。

      5 加工方法對內(nèi)花鍵變形的影響

      感應(yīng)淬火時,零件的裝夾精度、外圓跳動也對變形有一定的影響。裝夾跳動越大,內(nèi)花鍵感應(yīng)淬火后的圓度、錐度也越大。對感應(yīng)淬火加工方法及過程控制上要嚴(yán)格要求,零件外圓跳動應(yīng)控制在0.2mm之內(nèi)。

      6 材料對內(nèi)花鍵變形的影響

      鋼質(zhì)件、鑄鐵件等不同材料的內(nèi)花鍵,感應(yīng)淬火后的變形也不同。西安雙特智能傳動有限公司所加工的QT700-2材質(zhì)的行星架內(nèi)花鍵,基體組織中球化率和石墨形態(tài)較差的件,變形相對較大。

      因此,對于感應(yīng)淬火,必須穩(wěn)定材料組織、狀態(tài),這樣才能保證加工出的內(nèi)花鍵尺寸縮量一致。

      7 結(jié)束語

      從試驗數(shù)據(jù)總結(jié)來看,內(nèi)花鍵感應(yīng)淬火后變形趨勢是縮小的,不同的淬硬層深、加熱電源頻率、內(nèi)花鍵壁厚,以及加工工藝控制,所得到的變形數(shù)據(jù)是不同的。為了降低縮量過大所導(dǎo)致的其他畸變,如錐度、圓度等,建議內(nèi)花鍵感應(yīng)淬火選擇比最佳頻率更高一些的加熱電源進行感應(yīng)淬火。

      在內(nèi)花鍵感應(yīng)淬火零件的開發(fā)時,要針對所選擇的感應(yīng)淬火設(shè)備進行工藝試驗,取得穩(wěn)定的變形數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上,固定工藝參數(shù)及設(shè)備,在熱處理前內(nèi)花鍵加工中預(yù)留固定的預(yù)縮量,可保證感應(yīng)淬火之后獲得穩(wěn)定合格的內(nèi)花鍵尺寸。

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