齒輪工件在熱處理過程的問題及預防范文

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摘要：齒輪傳動由于其效率高、結構緊湊、工作可靠、壽命長等優點而成為機械傳動中應用最廣泛的傳動形式之一。但由于齒輪加工的工藝要求較高，因此加工過程中非常容易出現各種各樣的問題。本文根據齒輪機加工后熱處理過程中的變形與開裂做了一些探討，通過嚴格選材、改進加工工藝等方法對所出現的問題進行了整改。基本解決了齒輪在加工中出現的一些問題，并經生產實踐檢驗獲得了很好的效果。

關鍵詞：齒輪；熱處理；工藝

0引言

我單位負責煉化企業的維修維護任務，在工作中經常遇到油泵、減速機等非標及特殊齒輪的修理，包括各類機床中的齒輪修復就更多了，對于無批量和無備件的老化設備中的齒輪無法用外購解決，就只有自己加工以應對生產的需要，鑒于齒輪的重要性和加工的難度，如何保證其質量和壽命就成為一個需要重視的課題。在多年的工作實踐中，根據遇到的齒輪損壞形式和加工中的難點進行了細致的原因分析也找到了一些解決辦法，本文以典型齒輪為例說明。

1齒輪工件在熱處理過程中的問題

齒輪做為機械設備中使用最廣泛的轉動配件，直接關系到所屬設備的長周期運行，而考核齒輪質量好壞的指標大體要求一是精度高、二是壽命長。所謂精度高，即加工尺寸要符合設計圖紙要求；所謂壽命長，即其強度和韌性等指標要達到最佳使用狀態。要做到上述兩點，齒輪在整個加工過程中要注意很多問題，雖然產生缺陷的原因是多種多樣的，但歸納起來不外乎以下三種：一是原材料（齒輪毛坯）存在原始缺陷，如軟點、微裂紋和夾雜等：二是加工過程中的不足造成，如加工工藝不合理、熱處理的變形與開裂等；三是其他一些原因，如人的操作失誤、量具精度不夠等。而原材料缺陷可以通過無損檢測等手段來避免，其他因素可以通過加強培訓和過程控制來避免，本文重點針對齒輪在熱處理過程中所容易出現的問題及防止方法做一討論，下面以圖1所示齒輪為例進行詳細說明。

2齒輪工件在熱處理過程中常見問題及預防

一次在加工C6120車床一齒輪（如圖1）過程中，就出現了機加工后齒輪經高頻淬火后，在齒部靠近∮45mm孔處的齒輪節圓直徑變小，降低了齒輪精度成為廢品的問題。該齒輪由于載荷不大，采用的是45#鋼，其加工工藝路線為：下料→鍛造→預先熱處理→粗加工→精加工→最終熱處理→精磨。其預先熱處理采用正火處理，即將鍛造后的坯料加熱至780ºC以上，保溫1-2小時使奧氏體充分均勻化后在空氣中冷卻。這樣處理的目的是不但消除了工件在鍛造過程中產生的應力，減少裂紋出現的機會，而且改善切削加工性能，為最終熱處理做組織準備。所謂改善切削加工性能就是增加工件中珠光體彌散度的共折量減少先共折鐵素體量，提高了硬度，從而改善了切削加工性能，如鋼中有帶狀組織，經正火處理后，也消除了其易產生切削裂紋的傾向。其最終熱處理采用高頻淬火加低溫回火。通過高頻淬火提高了齒輪表面的硬度和耐磨性，并使齒輪表面有壓應力存在而增強了抗疲勞破壞的能力，從而齒輪的使用性能得以進一步提高。而低溫回火則是為了消除工件經高頻淬火后產生的淬火應力，防止研磨裂紋的產生和提高齒輪的抗沖擊能力，這進一步提高了齒輪的使用性能。而就是這么一種常用的典型的齒輪在加工過程中就出現了問題，其最主要的就是在最終熱處理的高頻淬火后，在齒輪腹板的∮45mm孔上靠近齒部節圓處直徑變小，從而造成齒面變形影響了齒輪的使用性能，并造成了大量的浪費，對于這種問題的出現，我查閱了有關資料，并通過深入研究、總結、對比、試驗后發現，其問題的主要癥結在于6個∮45mm孔的存在，使該處壁厚比其余部分要薄，因此在高頻淬火中，該處的冷卻速度較快產生壓應力，而其余各處還處在高溫塑性變形區，因此齒面壓應力的存在使其余各處產生微量塑性變形，待冷室溫時其形變不再改變，因此出現前述問題。原因找到了，就要有針對性地找出解決方法，若6個孔不存在的話是不是就可以解決問題了呢，事實并非如此。由于該齒輪尺寸較大，為了減輕重量以及裝拆的方便該處6孔還必須存在，因此就只有從工藝路線上考慮。在原工藝中該孔的加工和齒輪的加工是一起在最終熱處理前進行的，由于該孔的精度要求不高，所以它的加工不必同齒的加工一道進行，而是將它改在最終熱處理后進行，這樣在高頻淬火時由于齒輪根部厚度相同，就不會再出現類似的問題，從而就可以完全避免了問題的出現。

這是由于工序安排不合理產生裂紋的一個典型，在實際工作中工件出現裂紋的原因還很多，如工件結構上尖角和棱角的存在，開口和不對稱等機加工藝都能生產裂紋。另外熱處理工藝不合理也能產生裂紋，這在工作中也要嚴格避免。如G12MOV冷作模具鋼為了使其具有良好的熱更性，其熱處理工藝（如圖2）中淬火溫度為1115ºC-1130ºC之間，然而由于溫度較高，其在淬火冷卻時，產生的熱應力也較大，所以冷卻后容易出現裂紋。為了避免裂紋的出現，常采用其下限溫度1115ºC，但在綜合考慮時，為使其具有較高的強度和韌性，又可將溫度下降，到1000ºC-1050ºC進行淬火處理，這樣不但控制了鋼中殘余奧氏體的量，調節了工件的變形，而且還可以避免由于溫度過高而產生的熱應力存在，從而減少了淬火裂紋的出現。

總之，工件的變形與裂紋是處處存在的，它與工件的熱處理工藝有著密不可分的關系，一個容易忽視看來無關緊要的問題，就能導致前功盡棄，使工件成為廢品。因此減少甚至杜絕變形與開裂的傾向是熱處理工件的一個首要問題，這是一名工程技術人員所應重點關注和解決的問題，從而使我國的熱處理水平走在世界前列。

作者：劉成,王金巖,馬煥生,李虓 單位：撫順石化工程建設有限公司