薄辐板式大直径圆柱齿轮渗碳淬火变形的控制方法

摘要

一种薄辐板式大直径圆柱齿轮渗碳淬火变形的控制方法，其特征在于：在渗碳淬火开始之前，采用硅酸铝纤维材料来填充圆柱齿轮的辐板两侧所对应的凹陷部分，并通过钢板夹持压紧方式对圆柱齿轮的辐板部分进行热保护，缓冲各部位的温度变化速率，均匀各部位的温差，从而减少了各部位因加热速度和冷却速度不一致引起的齿轮严重变形问题。

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮的热处理工艺，特别涉及一种减少薄辐板式大直径圆柱齿轮在渗碳淬火过程中发生变形的控制方法。

背景技术

如图1所示，薄辐板式大直径圆柱齿轮是指直径D大于1.2米，辐板厚度S与直径D之比小于或等于0.2的圆柱形齿轮。这种齿轮在中大型机械设备中具有广泛的用途。从加工流程看，齿轮的制造需要经过渗碳淬火这一热处理工艺，以提高轮齿的强度以及表面耐磨性等机械性能。渗碳淬火工艺通常安排在齿轮生产流程的后期，对于薄辐板式大直径圆柱齿轮来说，由于其形状和结构存在特殊性（比如直径大，而辐板薄），因此严重的渗碳淬火变形往往很难通过最后的精加工加以修正，结果使工件因形状尺寸超差而报废，造成先前各道工序的人力物力的损失和浪费。即使对渗碳淬火变形的工件能够进行校正和机加工修整，也会因此而增加生产成本。

现有技术中，为了应对薄辐板式大直径圆柱齿轮因热处理容易发生较大变形的问题，通常只能在渗碳淬火前留足后期的加工余量，在热处理后通过切削、磨削等冷加工方法来进行修正。但是实践证明这种做法比较被动，富裕的加工余量不仅增加了加工工序，还直接增加生产成本。除此而外，后期冷加工修正又带来了新的问题：即由于后期冷加工的加工量不同，从而引起各轮齿齿面最终的有效硬化层深度严重不均匀，直接影响了齿轮的使用寿命。为此，本发明从减少薄辐板式大直径圆柱齿轮在渗碳淬火过程中发生变形的角度提出一种控制方法，以解决这种特殊齿轮结构在渗碳淬火过程中产生严重变形的问题。

发明内容

本发明提供一种薄辐板式大直径圆柱齿轮渗碳淬火变形的控制方法，旨在解决薄辐板式大直径圆柱齿轮渗碳淬火过程中产生的严重变形问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种薄辐板式大直径圆柱齿轮渗碳淬火变形的控制方法，其创新在于：在渗碳淬火开始之前，采用硅酸铝纤维材料来填充圆柱齿轮的辐板两侧所对应的凹陷部分，并且在圆柱齿轮两端分别设置一块钢板，利用这两块钢板夹持压紧覆盖在圆柱齿轮辐板两侧的硅酸铝纤维材料，以此保护圆柱齿轮的辐板部分；接着按图纸或常规工艺设计要求对圆柱齿轮进行渗碳淬火热处理。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1. 上述方案中，所述薄辐板式大直径圆柱齿轮是指直径D大于1.2米，辐板厚度S与直径D之比小于0.2的圆柱形齿轮。

2. 上述方案中，所述硅酸铝纤维材料为硅酸铝纤维板、硅酸铝纤维毡或硅酸铝纤维毯。硅酸铝纤维又叫陶瓷纤维是一种新型轻质耐火材料，该材料具有容重轻、耐高温、热稳定性好、热传导率低、热容小、抗机械振动好、受热膨胀小、隔热性能好等优点，经特殊加工，可制成硅酸铝纤维板、硅酸铝纤维毡、硅酸铝纤维绳、硅酸铝纤维毯等产品。

3. 上述技术方案适用于直齿、斜齿、人字齿以及曲线齿等各种圆柱齿轮。

本发明工作原理和效果是：由于薄辐板式大直径圆柱齿轮具有直径大、辐板薄的结构特点，从附图1中可以看出齿轮的辐板面积大、厚度薄，齿轮的各部位尺寸相差也很大，因此在渗碳淬火的加热冷却过程中工件内外以及不同部位（截面尺寸不同的部位）温差变化较大，产生的内应力也较大，从而导致热处理的变形量增加。本发明针对薄辐板式大直径圆柱齿轮的结构特点在渗碳淬火开始之前，采用硅酸铝纤维材料来填充圆柱齿轮的辐板两侧所对应的凹陷部分，并通过钢板夹持压紧方式对圆柱齿轮的辐板部分进行热保护，缓冲各部位的温度变化速率，均匀各部位的温差，从而减少了各部位因加热速度和冷却速度不一致引起的齿轮严重变形问题。本发明方法容易，构思巧妙，效果明显，是一种值得在力推广应用的实用性技术。

附图说明

附图1为本发明薄辐板式大直径圆柱齿轮的剖视图；

附图2为本发明原理图；

附图3为本发明实施例齿轮渗碳淬火温度变化曲线图。

1. 圆柱齿轮；2. 辐板；3. 凹陷部分；4. 硅酸铝纤维材料；5. 钢板；6.气体渗碳炉。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种薄辐板式大直径圆柱齿轮渗碳淬火变形的控制方法

如图1所示，本实施例圆柱齿轮为直齿圆柱齿轮1，齿轮外缘直径D在1.2~1.7米之间，辐板2厚度S在150~250毫米之间。

如图2所示，针对这种薄辐板式大直径直齿圆柱齿轮1，在渗碳淬火开始之前，采用硅酸铝纤维材料4来填充圆柱齿轮1的辐板2两侧所对应的凹陷部分3，并且在圆柱齿轮1两端分别设置一块钢板5，利用这两块钢板5夹持压紧覆盖在圆柱齿轮1辐板2两侧的硅酸铝纤维材料4，以此保护圆柱齿轮1的辐板2部分；接着按图纸或常规工艺设计要求对圆柱齿轮1进行渗碳淬火热处理。所述硅酸铝纤维材料4为硅酸铝纤维板（也可以采用硅酸铝纤维毡或硅酸铝纤维毯）。

本实施例直齿圆柱齿轮1渗碳淬火工序如下：

第一步，清洗直齿圆柱齿轮1；

第二步，对直齿圆柱齿轮1的非渗碳面涂防渗涂料保护非渗碳面；

第三步，采用硅酸铝纤维材料4来填充圆柱齿轮1的辐板2两侧所对应的凹陷部分3，并且在圆柱齿轮1两端分别设置一块钢板5，利用这两块钢板5夹持压紧覆盖在圆柱齿轮1辐板2两侧的硅酸铝纤维材料4，以此保护圆柱齿轮1的辐板2部分；

第四步，将圆柱齿轮1装入渗碳炉内；

第五步，对圆柱齿轮1进行气体渗碳处理；

第六步，对圆柱齿轮1进行淬火处理。

本发明实施例圆柱齿轮1渗碳淬火的温度变化曲线见图1，图1中纵纵座标表示温度（℃），横座标表示时间（t），气体渗碳温度为920℃，淬火温度为840℃，780℃的保温时间为1小时，920℃的保温时间为32小时节2分钟，840℃的保温时间为2小时，220℃的保温时间为12小时。

为了说明本发明的实际应用效果，下面给出两组实验数据：

表1（表中的数据单位是毫米）：

圆周测点12345678公法线上点+1.266+0.90+1.266+0.69+0.8+1.6+1.17+0.97公法线中点+0.95+0.83+1.09+0.97+0.58+1.49+0.96+0.69公法线下点+0.89+0.91+0.77+0.45+0.37+1.23+0.77+0.37

表2（表中的数据单位是毫米）：

 钢印点位置垂直钢印点位置齿顶圆+3.67+6.97

表3（表中的数据单位是毫米）：

圆周测点12345678公法线上点+0.7+0.66+0.7+0.66+0.66+0.52+0.56+0.66公法线中点+0.6+0.58+0.58+0.56+0.46+0.52+0.52+0.56公法线下点+0.54+0.56+0.56+0.52+0.46+0.46+0.46+0.56

表4（表中的数据单位是毫米）：

 钢印点位置垂直钢印点位置齿顶圆+1.8+1.72

表1和表2为第一组实验数据。第一组实验数据是在未使用本发明控制方法的前提下，直齿圆柱齿轮1因渗碳淬火产生的变形数据，该数据是以渗碳淬火前测得的数据为基准，用渗碳淬火后数据减去渗碳淬火前数据的差值。

表3和表4为第二组实验数据。第二组实验数据是在使用本发明控制方法的前提下，直齿圆柱齿轮1因渗碳淬火产生的变形数据，该数据是以渗碳淬火前测得的数据为基准，用渗碳淬火后数据减去渗碳淬火前数据的差值。

表1和表3中的八个圆周测点是指以钢印点作为第1点在齿轮圆周方向顺时针等分的八个圆周测点。所述“公法线”是指从测点位置轮齿齿面沿顺时针到第8个轮齿另一侧齿面的距离差值。上点、中点和下点分别表示齿厚方向三点不同位置。

从以上两组实验数据的对比中可以看出，采用本发明后的直齿圆柱齿轮变形值比未采用发明的直齿圆柱齿轮要小很多。因此本发明方法对薄辐板式大直径圆柱齿轮渗碳淬火变形具有有效地控制作用。