齿轮渗碳淬火后的变形对齿轮后续加工以及对齿轮最终质

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:05:27

在硬齿面齿轮制造中，渗碳淬火是主流工艺方式，但其存在的突出问题就是齿轮经渗碳淬火后产生的变形。必须说明：影响渗碳淬火齿轮变形的因素很多，其中主要包括齿轮的结构设计、原材料质量、锻造质量、毛坯的预备热处理，机械加工（包括冷热配合）及渗碳淬火工艺等因素。由于影响齿轮变形的因素很多，而且其中很多因素彼此交互影响，难以控制，变形已成为国内外齿轮制造中的技术难点之一。

齿轮的渗碳淬火工序通常安排在工件生产流程的后期，而对于齿轮的热处理气体渗碳淬火很容易发生比较大的变形，为了抵消热处理渗碳淬火引起的变形、通常对这种零件在渗碳淬火工序前会留足后期的加工余量，在热处理后通过冷加工方法来改善变形问题；但通过机加工改善变形又带来了新的问题，就是：1. 增加生产成本；2.延长了加工周期；3.齿面最终的有效硬化层深度会出现严重不均匀的情况（即一个齿的两个齿面一面有效硬化层深比另一个齿面的有效硬化层深浅的情况，在长久使用后出现齿的一个面磨损量比另一个面多），直接影响了齿轮的使用寿命。也就是说：渗碳齿轮的热处理变形直接影响到齿轮的精度、强度、噪声和寿命，即使在渗碳热处理后加上磨齿工序，变形仍然会降低齿轮的精度等级。

严重的渗碳淬火变形往往很难通过最后的机加工加以修正，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；即使对淬火变形的工件能够进行校正和机加工修整，也会因而增加生产成本。

因此人们希望齿轮渗碳淬火后的变形越小

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:08:44

出现锥度

这是齿根圆出现锥度、致使齿根部位一边已磨光而另一边还没磨掉（报废）

沧海一声笑 · 发表于 2013-2-1 22:10:46

齿轮渗碳淬火后的变形要小这个是毋庸置疑的，但是其中的影响因素太多了！

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:13:55

齿根圆涨的过大

齿根圆涨的过大致使磨齿后齿根出台阶（报废）

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:22:29

同样由于齿轮变形较大致使齿根（不磨部分）和齿面过渡面出现台阶（报废）

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:24:28

磨齿后理想状态的齿形

齿根部位和齿面过渡面出现台阶

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:28:33

比较完美的齿轮

由于变形问题控制的很好，齿轮成品接近完美（注意观察齿根部位）

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:31:11

换个角度再看看

注意观察齿根部位

沧海一声笑 · 发表于 2013-2-1 22:36:14

cnszgong 发表于 2013-2-1 22:31

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注意观察齿根部位

龚工：我们的齿轮磨齿后出现齿根裂纹是怎么回事，齿部的凸面凹面没有问题就是齿根部位？？

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:39:09

沧海一声笑发表于 2013-2-1 22:36

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龚工：我们的齿轮磨齿后出现齿根裂纹是怎么回事，齿部的凸面凹面没有问题就是齿根部位？？ ...

有没有磨到齿根？

沧海一声笑 · 发表于 2013-2-1 22:41:09

cnszgong 发表于 2013-2-1 22:39

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有没有磨到齿根？

我们的是螺旋锥齿轮，齿根磨削只是磨白即可，但就是这样还是出现裂纹！

cnszgong · 发表于 2013-2-1 22:46:57

沧海一声笑发表于 2013-2-1 22:41

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我们的是螺旋锥齿轮，齿根磨削只是磨白即可，但就是这样还是出现裂纹！ ...

这个问题确实很难回答。我们磨齿间的操作工水平参差不齐。其中只有一位操作工磨的齿轮从来没出现过问题。
而同样的零件由别人去磨齿，也会不定期的出现问题。你说这是什么原因呢？

cnszgong · 发表于 2013-2-1 23:49:42

沧海一声笑发表于 2013-2-1 22:10

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齿轮渗碳淬火后的变形要小这个是毋庸置疑的，但是其中的影响因素太多了！ ...

热处理变形是肯定要变形的，但要尽可能的保证其能够均匀的变形。

伯龙马 · 发表于 2013-2-2 07:05:40

龚工您好：您们的渗碳淬火齿轮是什么材料，一般变形大致是多少？例如，外径350mm,内孔径250mm，厚度45mm的齿轮的椭圆度和不平度多少？您告诉我后，看看有没有必要谈谈我个人对齿轮变形以及齿根磨削裂纹等问题的愚见。

沧海一声笑 · 发表于 2013-2-2 11:55:46

伯龙马发表于 2013-2-2 07:05

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龚工您好：您们的渗碳淬火齿轮是什么材料，一般变形大致是多少？例如，外径350mm,内孔径250mm，厚度45m ...

伯前辈：这个也要看材质的如果是20CrMnTI的材质那么其变形量会小得多！

cnszgong · 发表于 2013-2-2 16:50:32

本帖最后由 cnszgong 于 2013-2-2 16:53 编辑

伯龙马发表于 2013-2-2 07:05

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龚工您好：您们的渗碳淬火齿轮是什么材料，一般变形大致是多少？例如，外径350mm,内孔径250mm，厚度45m ...

回伯前辈：18CrNiMo7-6，齿轮外径Φ 1590mm、内径Φ 250mm、单个零件的成品重量为2035kg、其辐板厚度110mm，目前来说热处理后平面基本无变形。零件总体呈现涨大趋势。

伯龙马 · 发表于 2013-2-2 19:41:47

一、关于渗碳齿轮变形问题：
龚工您好，这么大的齿轮，如果总体呈现涨大趋势，内孔是收缩吧？？？如果是收缩的话，肯定是热应力起了主导作用。我在上世纪七十年代未曾关注过渗碳齿轮的热处理变形问题，并进行了“齿轮渗碳-亚温直接淬火工艺的试验研究”（论文发表在《金属热处理》杂志1997.11期27---32页）。实物为外径350mm,内孔径250mm，厚度45mm的内齿圈，采用渗碳-亚温直接淬火工艺处理后，其椭圆度和不平度均不大于0.2mm.且其他技术指标均满足拖拉机齿轮部颁标准的规定。（由于文章字数较多，就不打出来供给您参考了）。当初，也是从降低热应力为出发点，以强韧化理论为指导进行的。所谓“亚温直接淬火”，即是从渗碳温度炉内降低到Ar3至Ar1点之间（而不是Ac3至Ac1点之间）的温度，然后油淬。
二、关于齿根裂纹问题
沧海一声笑版主您好，您提的齿根裂纹问题。我认为与齿根处的冷却不足有关，即该处产生了非马氏体组织造成的。在齿轮整体淬火时，齿部（除根部外）大部分淬火成马氏体，齿根为非马氏体，则组织转变的不等时性产生较大拉应力，在磨削应力较大时，在叠加应力作用下产生了裂纹。早年我在研究热处理裂纹时，曾发生过这样一例：20Cr钢制套筒渗碳淬火，由于内孔小，淬火冷却不足而产生拉应力（相对外表面产生的压应力）而纵向裂纹。强化内孔冷却后，裂纹不再出现了。
以上所述，供两位参考。

cnszgong · 发表于 2013-2-2 20:20:29

伯龙马发表于 2013-2-2 19:41

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一、关于渗碳齿轮变形问题：
龚工您好，这么大的齿轮，如果总体呈现涨大趋势，内孔是收缩吧？？？ ...

哦前辈：能否通过利用这种拉应力来控制零件的变形量呢？

沧海一声笑 · 发表于 2013-2-2 21:01:00

伯龙马发表于 2013-2-2 19:41

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一、关于渗碳齿轮变形问题：
龚工您好，这么大的齿轮，如果总体呈现涨大趋势，内孔是收缩吧？？？ ...

伯前辈你好：我也认为是磨齿过程中的冷却问题，以前反馈的多半是齿轮凸面或凹面的裂纹，现在发展到齿根部位的裂纹，我觉得齿根部位的渗碳层深相比节缘部位要浅些，相应的淬火应力的影响也会小些，不应该在这个部位产生磨削裂纹的呀！

Adam · 发表于 2013-2-4 13:52:46

cnszgong 发表于 2013-2-1 22:31

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注意观察齿根部位

个人感觉这个齿轮设计对热处理造成较大的麻烦
变成一个轴+一个齿轮会更好

cnszgong · 发表于 2013-2-4 20:45:59

Adam 发表于 2013-2-4 13:52

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个人感觉这个齿轮设计对热处理造成较大的麻烦
变成一个轴+一个齿轮会更好 ...

呵呵这本来就是一个轴+ 一个齿轮呀。
齿轮已经装配好了轴。正在等待齿轮箱装配。

霜月 · 发表于 2013-2-4 21:49:46

几年前，我受马伯龙“齿轮渗碳-亚温直接淬火工艺的试验研究”一文启发，采用渗碳空冷、亚温淬火工艺挽救了一批变形过大的产品，在此谢谢马工！

火与水 · 发表于 2013-2-4 22:32:13

变形主要出现在，淬火温度及冷却方法上，也与淬火温度有关及装炉方式有关，至于磨齿后出现的裂纹，肯定就是磨削裂纹了（关键在修砂轮及冷却上）。

cnszgong · 发表于 2013-2-4 22:34:47

火与水发表于 2013-2-4 22:32

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变形主要出现在，淬火温度及冷却方法上，也与淬火温度有关及装炉方式有关，至于磨齿后出现的裂纹，肯定就是 ...

同意您的观点

火与水 · 发表于 2013-2-4 22:39:10

cnszgong 发表于 2013-2-4 22:34

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同意您的观点

这个肯定对，我这出现这种问题，都是在在这几个方面查找原因的，搞的时间长了，就知道了。
个人意见。

Adam · 发表于 2013-2-5 08:01:47

cnszgong 发表于 2013-2-1 22:08

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这是齿根圆出现锥度、致使齿根部位一边已磨光而另一边还没磨掉（报废） ...

多大的零件变形这么恐怖

cnszgong · 发表于 2013-2-13 16:38:09

Adam 发表于 2013-2-5 08:01

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多大的零件变形这么恐怖

这些齿轮直径最小的1.2米、最大的1.7米，结构都一样。

Adam · 发表于 2013-2-19 10:38:27

霜月发表于 2013-2-4 21:49

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几年前，我受马伯龙“齿轮渗碳-亚温直接淬火工艺的试验研究”一文启发，采用渗碳空冷、亚温淬火工艺挽救了 ...

齿轮渗碳-亚温直接淬火，对变形有很大的影响；
我想可能是要有附加条件的，为什么有利不知道能否解释一下

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