我公司生產(chǎn)的鼓形齒聯(lián)軸器產(chǎn)品為鋼鐵企業(yè)各軋制生產(chǎn)線上必備的傳動部件，用在電機(jī)和減速機(jī)之間或減速機(jī)與設(shè)備之間，本次研究對象為減速機(jī)與軋輥之間的主傳動接軸，該接軸傳遞轉(zhuǎn)矩大，靠內(nèi)齒套與外齒套齒部配合傳遞扭矩。選用17CrNiMo6低碳合金鋼制造，采用滲碳淬火工藝，使齒面具有高的耐磨性，心部具有良好的韌性，保證產(chǎn)品在線使用壽命至少15個月。
由圖1和圖2可以看出，整個內(nèi)齒套包括內(nèi)齒及外花鍵厚度在內(nèi)28mm左右，屬于典型的薄壁工件。因此，滲碳淬火變形控制為該內(nèi)齒套制造的難點(diǎn)。本文通過對內(nèi)齒套采用滲碳+感應(yīng)淬火及滲碳+等溫淬火兩種工藝進(jìn)行研究，解決了該內(nèi)齒套淬火變形的問題。
1.內(nèi)齒套技術(shù)要求及熱處理工藝
內(nèi)齒套的內(nèi)孔為模數(shù)7、44，要求內(nèi)齒套通過滲碳淬火齒面有效硬化層深度≥2.5mm，齒面硬度58～62HRC。外圓分布116個模數(shù)為3的花鍵，要求外花鍵表面硬度不能超過35HRC。
由圖示1上的標(biāo)注的具體尺寸可以看出，齒側(cè)及齒根與外齒配合面，光潔度要求0.8μm，齒頂為非接觸面，光潔度無要求，只需滿足公差要求，故齒側(cè)及齒根滲碳淬火后需要磨齒機(jī)進(jìn)行磨削達(dá)到圖紙要求的光潔度，齒頂在滲碳淬火數(shù)控車至圖樣要求的尺寸，滲碳淬火后不需要加工。滲碳淬火前內(nèi)齒側(cè)及齒根單邊留有0.4mm余量，若齒側(cè)及齒根余量加大，表面滲碳淬火層中硬度和近表面良好金相組織將會被加工掉，并且會造成磨齒機(jī)的效率降低，成本增加。若滲碳淬火整個熱處理變形超過0.4mm，即后序磨齒無法加工。
本文以齒頂?shù)某叽鐪y量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對滲碳前及滲碳后、淬火后進(jìn)行尺寸跟蹤測量，根據(jù)齒頂?shù)某叽缗卸B碳淬火后整個齒圈的變形量是否符合后序磨齒的要求。
2.采用滲碳+感應(yīng)淬火工藝
工藝流程如下：鍛（正火）→粗車→去應(yīng)力回火→半精車→插內(nèi)齒→滲碳→感應(yīng)淬火→精車外圓→端面→磨內(nèi)齒(齒側(cè)、齒根) →插外花鍵→成品。
滲碳前加工圖如圖3所示，與成品圖對比，外圓余量5mm，滲碳為整體滲碳，工藝曲線見圖5。滲碳后對齒部進(jìn)行單齒淬火，采用中頻設(shè)備功率280kW，為了保證齒部兩側(cè)及齒底硬度，感應(yīng)器做成齒槽型如圖4所示，對44個內(nèi)齒依次進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火。
感應(yīng)淬火后硬度檢測結(jié)果符合圖紙的技術(shù)要求。對內(nèi)齒齒頂尺寸φ296.8H7采用內(nèi)徑千分尺進(jìn)尺寸檢測，數(shù)據(jù)如表1所示：由尺寸檢測結(jié)果可以看出，10件工件內(nèi)孔整體均呈現(xiàn)向外脹的趨勢，脹大量在0.4～0.6mm，齒側(cè)后序無法進(jìn)行磨齒滿足最終成品的尺寸要求，零件全部報廢。此內(nèi)齒套滲碳后齒面為高碳合金成分，采用中頻單齒淬火，組織轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生的組織應(yīng)力及熱應(yīng)力導(dǎo)致工件外脹變形，另外工件心部及其他部位未進(jìn)行淬火，強(qiáng)度低，內(nèi)應(yīng)力超過基體的屈服強(qiáng)度引起工件外脹變形超差而報廢。
3.滲碳+等溫淬火
工藝流程中除感應(yīng)淬火改為等溫淬火外，其余工序相同。滲碳工藝按照原來的工藝執(zhí)行，滲碳前在內(nèi)齒以外的部位刷防滲碳涂料，防止?jié)B碳淬火后外圓及端面加工困難。淬火使用多用爐加熱，氮?dú)獗Ｗo(hù)，工件單層直接擺放淬火吊架，不能擠壓及疊加裝爐。淬火冷卻根據(jù)等溫淬火的原理，冷卻介質(zhì)為好富頓MT355等溫淬火油，此淬火油在Ms點(diǎn)附件具有緩慢的冷卻速度，可以有效的緩解組織應(yīng)力及熱應(yīng)力引起的變形。
對比滲碳前工件的加工尺寸與滲碳等溫淬火后工件的尺寸，可以看出，等溫淬火內(nèi)齒齒頂小徑尺寸變形控制在0.25mm以內(nèi)，滿足齒頂公差尺寸及齒側(cè)、齒根所留的磨量0.4mm；齒部以外部位滲碳時刷了防滲碳涂料，淬火后硬度檢測結(jié)果在31～34HRC，符合要求的35HRC以內(nèi)，不影響后續(xù)外花鍵的加工。
4.結(jié)語
薄壁件滲碳淬火，工藝采用感應(yīng)淬火滿足齒部的硬度要求，但由于組織轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生的組織應(yīng)力及熱應(yīng)力導(dǎo)致工件外脹變形無法控制；通過改進(jìn)淬火工藝，滲碳后采用等溫淬火，齒部變形量符合磨量的要求，沒有廢品產(chǎn)生，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
作者：張殿龍，楊曉紅
單位：泰爾重工股份有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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