齿轮渗碳淬火变形及其改进措施

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齿轮渗碳淬火变形及其改进措施齿轮渗碳淬火变形及其改进措施
李 爱花
( 盐城市纺织职业技术学院 江苏盐城 2 2 4 0 0 5)
摘 要： 针对当前齿轮热处理变形对齿轮精度的影响 ： 寻找 出渗碳淬火齿轮热处理变形的某些规律 ， 采取相应的改进措施 ； 并且对齿向，
齿形的变形可采取热前颓修正方法， 使热处理后变形减少对精度的影响； 同时根据试验数据， 改进热处理渗碳淬火工艺， 减少齿轮的变形。
关键词： 齿向变形 齿形变形 加工工艺
中图分类号： 1 - 4 0 7 . 6 1 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 4 -0 9 8 X( 2 0 0 8 ) 1 0 ( a ) -0 I 7 l - o l
当前， 汽车齿轮大都采用 2 0 Cr MnTi 材
料 ， 选用的基本工艺是 ： 锻造 -正 火-车 削
-
插齿( 滚齿) -剃齿-渗碳淬火-磨削内孔
和端面等 。渗碳深度约为 O. 3 ( 模数) ， 表面
硬度为HRC5 8 ～6 4， 心部硬度为 HRC3 3～
4 8 。经过对部 分齿轮热处理前 、后的检测
数据 对比表明 ： 热处理后齿轮的 齿向、齿
形、端面 、外园、内孔都 有不 同程度的变
形， 其变形又相互影响 ， 内孔的变形 会加大
端面的变形 ， 端面的 变形 会加大齿向和齿
形的变形 ， 其 中齿向和 齿形的变形对齿轮
的精度影响最大 。热 处理 后齿轮的齿向 、
齿形比热处理前降低 2级左右 。因此 ， 寻找
出渗碳淬 火齿轮热 处理 变形的某些规律 ，
采取相应措施 ， 将有助于提 高齿轮的精度 ，
并为贯彻新的齿轮标准创造 有利 条件。
1热处理后的轮齿变形
1 1 齿向变形
试验 证明 ， 圆柱 斜齿轮的 变形比 圆柱
直 齿轮 大， 因为螺旋 角越 大对齿 向变形 的
影响越 大。根据普通的变化趋势 ， 圆柱斜
齿轮齿向变化规律是螺旋 角减小( 即伸直) 。
试验 齿轮参数 ： m - u 2. 5 ， Z 2 5， d -
1 4 . 5 。 ， p2 4 。 3 8 4 9 ( 左旋) ， 齿宽 B： 2l mm。
今将齿向公差值加大-个数值， 然后将热
前、热后检测数值进行比较， 齿向平均提高为：
齿向平均提高
齿向平均提高值为： l ( 件号， 下同) ： 9 5 . 9；
2： l 02； 3： 6 2； 4： 5 4； 5： 2 00； 6： 1 l 5； 7： 8 6； 8：
1 0 6； 9： 6 4。
、
总齿向提 高平均值 、 ～ ：
I
由上可 见 ， 轮齿变形 的数 据虽然 不-
致 ， 但是形变的趋势基本 相同。
热处理参数 ： 渗碳温度 ： 9 2 0℃， 时间： 5
小时 ， 工件摆放 ： 串式。
由于齿向变形将造成接触区的-端接
触 ， 因此会影响轮齿的接触 强度和噪音 的
增大 。齿 向变形除 与螺旋 角的 增大有 关
外 ， 还与齿轮的模数 的大小 ， 齿的宽窄 ， 齿
数多少和渗碳层深浅都有密切联 系。试验
得出普遍规律 ， 螺旋 角增大 ， 齿数减少 ， 齿
宽过宽( 模数在 l 0以上) ， 渗碳 层加深部将
加大齿向变形 ， 其变形状况见图 l ， 实线为
热处理前 ， 虚线为热处理 后。
1. 2 齿形变形
由于材料 组成成份及锻造 、机加工造
成的预应力 ， 又加之在高温下的渗碳 ， 容易
产生金属流动变形 ， 总的倾向是轮齿膨胀 ，
尤其齿根更为明显 ， 如图 2所示。
图 1
图 2
试 验测量 得 出 公法 线 齿厚 变化 数值
比， 其齿厚变形量为 0 . 0 2 ～0. 0 4 r am， 如果热
处理 前的公法线齿 厚控 制不 当， 再加上 齿
圈跳动、安装等 的综合误差 ， 造成 中心 距
偏差增大 ， 导致啮合 间隙过小 ， 润 滑差 ， 转
动阻力大 ， 承载不均匀 ， 可使齿面发生早期
点蚀 ， 严重的还会胶合 、剥落和轮齿折断，
从而缩短 了齿轮寿命。
必 须指出 ， 为 了准确地得 到热处理 后
齿向、齿形的变形量、热处理前、热处理
后的检测基准应完全-致 ， 最好与车加工、
切齿、剃齿及安装基准-致 。目前齿轮的
加工基准 ， -种是 以内孔为基准 ， 另-种是
以两端中心孔为基准。
以 内孔为基准 的齿轮 ， 热 处理后检 测
前应先将 内孔在以分度圆定位的专用内圆
磨床上磨出， 然后用 1 / 5 0 0 0圆锥心轴( 以中
心孔测心轴外圆跳动在 0. O 0 2 mm 以内) 进
行检测 ， 这样基本能消除 内孔变形对齿 向
齿形变形的影响。对以两端 中心孔为基准
的齿轮 ， 热处理后应将 中心孔进 行研磨( 对
齿轮轴或较长的 多联齿轮应进行校直 ) ， 以
保证 齿向、齿形测量的准确性 。
2改进措施
尽 量消除预 应力的影 响 ， 采用锻造 -
正火 -粗 加工 -二 次正火( 或调 质-精 加
工-插齿( 滚齿) -剃前的工艺 方法 。
正 确地编 制机 加工工 艺 ， 合理地选 取
加工余量 ， 以减喧加 工的应 力。
3预修方法
经试 验证 明， 采用渗碳淬 火的热处 理
方法 ， 其零 件变形量能够相对 稳定在-定
的幅度 内。因此对齿 向、齿形的变形可采
取热处理前预修正方 法 ， 使热处理后变形
减少对精度的影响 。
3 1 对齿向变形在剃齿加工时使螺旋角增
大-个角度
为测 量方便 ， 可 在齿 向公差最大值 增
加-个 6 D值， 可使热处理变形后的齿轮
齿 向基本在 公差以 内。
； tf
圆柱斜 齿轮 6 $ ， E- j
式 中 § p～变形预修正量 ；
齿轮螺旋 角；
t 渗碳深度， 选取上限值
m 齿轮模数 ；
Z-齿轮齿数 ；
0. 5-变形复杂系数。
圆柱直 齿轮 6 p
渗碳深度 ， 选取下限值
对双联或多联齿轮以 小模数和少齿轮
数为计算数值 。
3 .
2 减少齿形变形的措施 ， 可使热处理前齿
形进行预修正 .即将啮合角减小-个数值
据测， 热处理舌齿形变形量为0 . ～O . 0 5 r am，
换算后可得啮 合角应减小 l O ～3 0 左右。
对 l ～4模数 ， 渗碳层深度为 0. 7～1. 2 r am
的齿轮 ， 可取 l 8 ～3 0 值 ， 4 m( 模数) 以上
的齿轮可以根据实 际情 况进 行适当调整 ，
由于齿轮结构等造成形变的因素也应予考
虑。轮 齿啮 合角的减 小是通过 齿轮 刀具压
力角的增大获得 的 ， 从而使渗碳淬火后齿
形基本达到所要 求的正常齿形 。
3 3 为了减少渗碳淬火后公法线齿厚的膨胀
热处理前公法线 齿厚可 由设计要求数
值的下限值多减薄 O . 0 3 ～0. 0 4 r am， 使热处
理后的 公法线 齿厚在中间值左右 ， 以保证
轮 齿的啮合间隙和 良好 的润 滑条件 ， 从而
减轻齿轮噪 音， 提高使用寿命。
4改进热处理渗碳淬火工艺
根据试 验数据 ， 改 进热处理 规范 、对
减少齿轮的变形可起到重要作用。
避免快速加热 ， 在 7 5 0预热 4 0分钟。
降 低渗碳温 度( 指最 高加 热温度) 和淬
火温度。由于加 热温 度高 ， 变形也就大。
渗碳层深度只能达到规定的下限值或中
间值。保证材料成分的稳定性， 否则将无法
掌握热处理变形的规律。设计齿轮的结构，
应充分考虑热变形的因素， 旧能使齿轮的
形状规整、对称， 并把使用、加工和热处理的
合理安排、经济性有机结合起来。改进热处
理夹具 ， 采用轮齿平放较好， 摆放均匀， 防止
无规律堆积和过多的堆叠， 特别是较大齿轮。
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