一种变速器输出轴热处理强化工艺及变速器输出轴

摘要

本发明公开了一种变速器输出轴热处理强化工艺及变速器输出轴，属于变速器加工技术领域，变速器输出轴的材质为低碳合金钢，变速器输出轴热处理强化工艺包括：S1、对变速器输出轴进行渗碳淬火和低温回火处理，S2、对花键段进行感应加热二次淬火处理。利用感应加热速度快和喷淋冷却能力强的特点，能够使得花键段的表面硬度达到58HRC‑64HRC，有效硬化层深度达到DS450HV54.5‑6.5，相比现有技术，能够提高变速器输出轴的次表层强度，减小硬度下降梯度，提高变速器输出轴的扭转强度。

说明书

技术领域

本发明涉及变速器加工技术领域，尤其涉及一种变速器输出轴热处理强化工艺及变速器输出轴。

背景技术

随着车辆技术的发展，对变速器输出轴的要求越来越高，一些商用车用变速器需要在主体结构尺寸不变的前提下将输出扭矩提高10％。在汽车行驶过程中，变速器在不同档位工作条件下，以相应速比将动力通过输出轴传递给传动轴，其中在一档档位时，输出轴承受的扭矩最大。

传统的输出轴强化工艺为采用低碳低合金钢经渗碳处理后进行淬火和回火，使得输出轴的表层形成高碳马氏体，以提高表面强度，但是有效硬化层深度较浅，硬度下降梯度较大，导致输出扭转强度不足，容易出现早期断裂的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变速器输出轴热处理强化工艺，以解决现有技术中存在的采用传统的输出轴强化工艺的输出轴有效硬化层深度较浅，硬度下降梯度较大，输出扭转强度不足，容易出现早期断裂的问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种变速器输出轴热处理强化工艺，变速器输出轴的材质为低碳合金钢，所述变速器输出轴包括花键段，所述花键段的第一端能够与变速器的一档齿轮花键连接，第二端能够与所述变速器的输出法兰花键连接，所述变速器输出轴热处理强化工艺包括：

S1、对变速器输出轴整体进行渗碳淬火和低温回火处理，包括：

S11、将变速器输出轴加热至410℃-450℃，并保温第一预设时间；

S12、在第一预设碳势下，将变速器输出轴加热至870℃-890℃，并保温第二预设时间；

S13、在第二预设碳势下，将变速器输出轴加热至920℃-940℃，并保温第三预设时间；

S14、在第三预设碳势下，将变速器输出轴冷却降温至890℃-910℃，并保温第四预设时间；

S15、在第三预设碳势下，将变速器输出轴冷却降温至830℃-870℃，并保温第五预设时间；

S16、将变速器输出轴经淬火冷却降温至200℃，随后经空气冷却至室温；

S17、将变速器输出轴在温度为50℃-70℃的弱碱性水溶液中进行清洗；

S18、将变速器输出轴加热至170℃-190℃，并在保温第六预设时间后经空气冷却至室温；

S2、对花键端进行感应加热二次淬火处理，包括：

S21、变速器输出轴以预设转速绕自身的轴线转动，淬火感应器以预设加热功率对所述第一端加热第七预设时间；

S22、喷水冷却，同时淬火感应器以预设加热功率并以第一预设速度由第一端移动至第二端；

S23、淬火感应器停止加热，并持续喷水第八预设时间。

进一步地，所述第一预设碳势为0.45％-0.55％C，所述第二预设碳势为1.05％-1.20％C，所述第三预设碳势为0.80％-0.90％C。

进一步地，在S1中，所述第一预设时间为60min-100min，第二预设时间为80min-100min，所述第三预设时间为250min-310min。所述第四预设时间为60min-120min，所述第五预设时间为60min-80min，所述第六预设时间为150min-170min。

进一步地，在S16中，将变速器输出轴在第九预设时间内经淬火冷却降温至200℃，并在第十预设时间内经空气冷却至室温。

进一步地，所述第九预设时间为5min-10min，所述第十预设时间为10min-20min。

进一步地，在S2中，所述预设转速为200r/min，所述预设加热功率为100kW-110kW，所述第一预设速度为380mm/min-400mm/min，所述第七预设时间为0.8s-1.2s，所述第八预设时间为15s-20s。

进一步地，在S2中，所述淬火感应器的电流频率为2.0kHz-3.0kHz，直流电压为310V-320V，直流电流为330A-340A，中频电压为375V-380V。

进一步地，所述淬火感应器为单匝有效圈与锥面喷水圈分体组合式淬火感应器。

本发明还提供一种变速器输出轴，采用上述任一方案中的变速器输出轴热处理强化工艺进行热处理。

本发明的有益效果为：

本发明提出的变速器输出轴热处理强化工艺及变变速器输出轴，变速器输出轴热处理强化工艺首先通过对变速器输出轴整体进行渗碳淬火和低温回火，使变速器输出轴表面硬度达到58HRC-63HRC，有效硬化层深度为CHD550HV10.8mm-1.2mm，心部硬度≥255HV30，对变速器输出轴整体进行强化；然后通过对花键段进行感应加热二次淬火处理，使花键段的表面硬度达到58HRC～64HRC，有效硬化层深度为DS450HV54.5mm～6.5mm，心部硬度≥255HV30，对花键段所承载扭矩最大的一档齿轮工作部位进一步强化。相比现有技术，能够提高变速器输出轴花键段的次表层强度，减小硬度下降梯度，提高输出扭转强度，避免变速器输出轴出现早期断裂的现象。

附图说明

图1是本发明提供的变速器输出轴的正视图；

图2是本发明提供的变速器输出轴热处理强化工艺的流程图；

图3是本发明提供的淬火感应器的俯视图。

图中：

20、变速器输出轴；201、花键段；2011、第一端；2012、第二端；

1、有效圈；2、汇流管；3、过渡管；4、冷却水水管接头；5、接触板；6、接触板间绝缘板；7、喷水圈连接支架；8、环形喷水圈；9、淬火水水管接头；10、喷水圈固定板。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

图1为本实施例提供的变速器输出轴的正视图。如图1所示，变速器输出轴20包括花键段201，花键段201的第一端2011能够与变速器的一档齿轮(图中未示出)花键连接，花键段201的第二端2022能够与变速器的输出法兰(图中未示出)花键连接，一档齿轮和输出法兰均为变速器中的常见结构，在此不再赘述。此外，在本实施例中，变速器输出轴20的材质为低碳低合金钢，比如20CrMnTiH。

图2为本实施例提供的变速器输出轴热处理强化工艺的流程图。参照图2，本实施提供一种变速器输出轴热处理强化工艺，包括以下步骤：

S1、对变速器输出轴20整体进行渗碳淬火和低温回火处理。

具体地，在本实施例中，渗碳淬火和低温回火处理包括：

S11、将变速器输20出轴加热至410℃-450℃，并保温第一预设时间；

S12、在第一预设碳势下，将变速器输出轴20加热至870℃-890℃，并保温第二预设时间；

S13、在第二预设碳势下，将变速器输出轴20加热至920℃-940℃，并保温第三预设时间；

S14、在第三预设碳势下，将变速器输出轴20冷却降温至890℃-910℃，并保温第四预设时间；

S15、在第三预设碳势下，将变速器输出轴20冷却降温至830℃-870℃，并保温第五预设时间；

S16、将变速器输出轴20经淬火冷却降温至200℃，随后净空气冷却至室温；

S17、将变速器输出轴20在温度为50℃-70℃的弱碱性水溶液中进行清洗；

S18、将变速器输出轴20加热至170℃-190℃，并在保温第六预设时间后经空气冷却至室温。

示例性地，在本实施例中，在S11中，变速器输出轴20在空气介质中加热至430℃。在S12中，变速器输出轴20在富碳介质(比如甲烷)中被加热至880℃。在S13中，变速器输出轴20在富碳介质中被加热至930℃。在S14中，变速器输出轴20在富碳介质中降温至900℃。在S15中，变速器输出轴在富碳介质中20降温至850℃。在S16中，变速器输出轴20经淬火介质中快速冷却至200℃，随后在空气中慢冷至室温。在S17中，对淬火后变速器输出轴20进行清洗。在S18中，对变速器输出轴20进行低温回火处理。

具体地，变速器输出轴20由室温被加热至430℃为预氧化段，第一预设时间为60min-100min。变速器输出轴20由430℃加热至900℃的时间段为预热段，第一预设碳势为0.45％-0.55％C，第二预设时间为80min-100min。变速器输出轴20保温在930℃的时间段为强渗段，第二预设碳势1.05％-1.20％C，第三预设时间250min-310min。变速器输出轴20由930℃冷却至900℃的时间段为扩散段，第三预设碳势0.80％-0.90％C，第四预设时间为60min-120min。变速器输出轴20由900℃冷却至850℃的时间段为降温段，第三预设碳势0.80％-0.90％C，第五预设时间60min-80min。变速器输出轴20由850℃降温至200℃的时间段为快冷段，变速器输出轴20经第九预设时间由850℃降温至200℃，第九预设时间为5min-110min。随后变速器输出轴20由200℃降温至室温的时间段为慢冷段，变速器输出轴20经第十预设时间由200℃降温至室温，第十预设时间为10min-20min。淬火过程完成后将变速器输出轴20在弱碱性水溶液中清洗干净后再加热至170℃-190℃，保温第六预设时间150min-170min后经空气冷却至室温，完成低温回火处理。

通过对变速器输出轴20进行上述渗碳、淬火和低温回火处理，使得变速器输出轴20的表面硬度达到60.5HRC，有效硬化层深度达到CHD550HV11.1mm，心部硬度达到355HV30。

S2、渗碳淬火回火后对其最小花键轴颈201局部进行感应加热二次淬火处理。

具体地，在本实施例中，感应加热二次淬火处理包括：

S21、变速器输出轴以预设转速绕自身的轴线转动，淬火感应器以预设加热功率对所述第一端加热第七预设时间；

S23、喷水冷却，同时淬火感应器以预设加热功率并以第一预设速度由第一端移动至第二端；

S24、淬火感应器停止加热，并持续喷水第八预设时间。

需要说明的是，变速器输出轴由机床带动转动。进一步地，在S21中，变速器输出轴在转动时，淬火感应器首先由第二端2012以第二预设速度移动至第一端2011，在淬火感应器到达第一端2011后，以预设功率对第一端2011进行加热。在S24中，淬火感应器停止加热后，淬火感应器以第三预设速度沿由第二端2012指向第一端2011的方向移动15mm-20mm。在持续喷水第八预设时间后，淬火感应器以第三预设速度移动至卸件位置(根据实际需要设置)，使得淬火感应器不影响变速器输出轴的装卸。其中，在本实施例中，第一预设速度为380mm/min-400mm/min，第二预设速度为3000mm/min-4000mm/min，第三预设速度为4000mm/min-5000mm/min。

具体地，变速器输出轴20的预设转速为200r/min，预设加热功率为100kW-110kW，第七预设时间为0.8s-1.2s，第八预设时间为15s-20s。进一步地，淬火感应器的电流频率为2.0kHz-3.0kHz，直流电压为310V-320V，直流电流为330A-340A，中频电压为375V-380V。

示例性地，在本实施例中，S21为静止加热段，即变速器输出轴20按预设转速200r/min旋转，同时淬火感应器从所述花键段201的第二端2012(与输出法兰配合)一侧，以第二预设速度3000mm/min-4000mm/min移动至花键段201的第一端2011(与一档齿轮配合)，以预设功率100kW-110kW开始加热并延时第七预设时间。S22为连续加热淬火段，第一预设延时时间到，开始喷水冷却，同时淬火感应器按第一预设速度380mm/min～400mm/min移动至所述花键段的第二端，并停止加热。S23为延时冷却段，停止加热同时，感应器以第三预设速度4000mm/min-5000mm/min沿当前方向快速移动15mm-20mm，开始静止喷水冷却，并延时第八预设时间。第八预设延时时间到，停止喷水和变速器输出轴20的旋转，并以第三预设速度移动至方便卸件位置，松开机床将变速器输出轴20取出。

综上，本实施例提供的变速器输出轴热处理强化工艺，通过对变速器输出轴20整体进行渗碳、淬火和低温回火处理后，并对花键段201进行局部感应加热二次淬火，能够使得花键段201的表面硬度达到58HRC-64HRC，有效硬化层深度达到DS450HV54.5-6.5，花键段表面的金相组织为高碳马氏体+少量残余奥氏体，次表层的金相组织为低碳马氏体，心部的金相组织为屈氏体+贝氏体，相比现有技术，能够提高变速器输出轴20的次表面强度，减小硬度下降梯度，提高输出轴扭转强度，避免出现早期断裂的现象。

图3为本实例提供的淬火感应器的俯视图。如图3所示，上述淬火感应器分为加热和冷却两部分。具体地，加热部分包括均由10×10×1.5mm矩形截面紫铜管制成的有效圈1和两个汇流管2、均由20×15×2mm矩形截面紫铜管制成的两个过渡管3、均由Φ12×1.5mm紫铜管制成的两个冷却水水管接头4、均由8mm厚的紫铜板制成的两个接触板5及由3mm厚的紫铜板制成的喷水圈连接支架7组成。具体地，在本实施例中，有效圈1的内径为45mm，高度为12mm。在对变速器输出轴20加热时，与变速器输出轴20之间的间隙为2.5mm。加热部分在装配时，将两个接触板5用厚度为2mm的聚四氟乙烯制成的接触板间绝缘板6做好绝缘后通过尼龙螺栓和螺母紧固在一起，有效圈1的两端分别与两个汇流管2焊接连接，两个汇流管2分别与两个过渡管3焊接连接，两个冷却水水管接头4分别焊接连接于两个过渡管3。冷却部分包括20×10×1.5mm矩形截面的紫铜管制成的环形喷水圈8、位于环形喷水圈8上的淬火水水管接头9及喷水圈固定板组10成。具体地，在本实施例中，环形喷水圈8为锥形圆环，其内侧交错分布有直径为1.8mm的喷水孔，锥形圆环的锥角为120°，高度大致为21mm，最小内径为80mm。冷却部分装配时，将喷水圈连接支架7和喷水圈固定板10间用厚度为2mm的聚四氟乙烯制成的绝缘板(图中未示出)做好绝缘后通过尼龙螺栓和螺母组装在一起，环形喷水圈8焊接固定于喷水圈连接支架7。

进一步地，在本实施例中，上述淬火感应器的中频变压器匝比为9:1，谐振电容为35μF，直流电压为310V-320V，直流电流为330A-340A，中频电压为375V-380V，电流频率为2.0kHz-3.0kHz。淬火感应器的工作原理为成熟的现有技术，在此不再赘述。

本实施例还提供一种变速器输出轴20，采用上述变速器输出轴热处理工艺进行热处理。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。