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减少齿轮淬火畸变的方法

发表时间:2021-05-12 23:21 阅读:

  在齿轮热处理中,渗碳淬火畸变会使齿轮精度大大下降,齿轮热处理畸变不仅影响精度,而且还影响到齿轮的强度。对不磨削齿轮,畸变过大引起偏载; 对磨削齿轮,由于畸变引起偏磨会造成齿面烧伤、产生磨削台阶而发生早期点蚀和疲劳断齿。

  齿轮渗碳淬火畸变被称为大难题。其产生的主要原因是:工件在淬火冷却中会产生体积膨胀及很大的热应力和组织应力。如果产生的体积膨胀和应力是均匀的,那么其畸变也就容易控制,但是,在生产中有许多因素会造成冷却的不均匀,如:齿轮工件形状较复杂、尺寸和壁厚不均一,在同一冷却条件下工件各部位的温度降低很难均匀;工件装夹也会引起冷却不均匀。一炉中装载工件多,甚至多品种混装,淬火时各工件之间的冷却更不可能均匀; 再有介质冷却特性所引起的工件冷却不均匀。总之,不均匀的冷却是造成工件畸变的根本原因。

  减小工件畸变的基本原则和方法是改善冷却均匀性,尽量使工件在结构和质量上均衡,尽可能使淬火介质冷却均匀。

  一、补偿夹具的设计。齿轮夹具的设计实质上就是根据齿轮的结构尺寸通过附加的夹具力求冷却时尽可能达到各部位均衡。当齿轮截面尺寸相差悬殊时,为了使工件加热与冷却均匀以减小畸变,采用补偿方法可以得到好的效果。

  二、改进吊装夹具结构、采取合理的吊装摆放。例如,当齿轮两面冷却速度不一样时会造成畸变,为此,改进装挂方式,在两齿轮之间加一个垫圈,增大间隔,使齿轮两面冷却速度接近一致。另外,夹具底座的通孔影响介质的流速分布,通过改变夹具底座孔的大小,使齿轮轴的内部流速加快,从而改善齿轮轴内外侧冷却的均匀性。

  三、改善淬火介质冷却特性。冷却介质蒸汽膜破裂或膜沸腾具有很大的随机性,这对淬火初期的冷却速度和工件冷却的均匀性会带来很大的影响。为了克服冷却介质膜沸腾的不确定性,可以采取以下措施:1) 合理搅拌破坏蒸汽膜。目前一般认为淬火液较好的运动方式是采用螺旋桨搅拌,螺旋桨搅拌的最大特点是能够产生很大的流量,在淬火槽中形成较均匀的宏观流场,符合淬火冷却的要求。2) 采用硝盐或高压气淬。硝盐或高压气体冷却可克服在水和油中淬火冷却时出现的膜沸腾阶段,直接进入对流阶段,从而改善冷却的均匀性。硝盐浴的冷却速度比快速淬火油要快。按传统的观点,冷却速度越大,淬火工件的畸变就越大,但生产实践证明,硝盐浴中淬火畸变却较小。究其原因,是硝盐浴的特性温度高于工件的入液温度,从而实现了单一的对流冷却的缘故。

  四、采用高压气淬。近年来高压气淬逐渐兴起,实验表明,经过气淬后翘曲畸变和锥度畸变都明显减小。这一方面是由于冷却速度低,热应力和组织应力小,另一方面,因为不存在蒸汽膜沸腾,所以冷却比较均匀。

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