齿轮工件在热处理过程的问题及预防范文

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摘要：齿轮传动由于其效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点而成为机械传动中应用最广泛的传动形式之一。但由于齿轮加工的工艺要求较高，因此加工过程中非常容易出现各种各样的问题。本文根据齿轮机加工后热处理过程中的变形与开裂做了一些探讨，通过严格选材、改进加工工艺等方法对所出现的问题进行了整改。基本解决了齿轮在加工中出现的一些问题，并经生产实践检验获得了很好的效果。

关键词：齿轮；热处理；工艺

0引言

我单位负责炼化企业的维修维护任务，在工作中经常遇到油泵、减速机等非标及特殊齿轮的修理，包括各类机床中的齿轮修复就更多了，对于无批量和无备件的老化设备中的齿轮无法用外购解决，就只有自己加工以应对生产的需要，鉴于齿轮的重要性和加工的难度，如何保证其质量和寿命就成为一个需要重视的课题。在多年的工作实践中，根据遇到的齿轮损坏形式和加工中的难点进行了细致的原因分析也找到了一些解决办法，本文以典型齿轮为例说明。

1齿轮工件在热处理过程中的问题

齿轮做为机械设备中使用最广泛的转动配件，直接关系到所属设备的长周期运行，而考核齿轮质量好坏的指标大体要求一是精度高、二是寿命长。所谓精度高，即加工尺寸要符合设计图纸要求；所谓寿命长，即其强度和韧性等指标要达到最佳使用状态。要做到上述两点，齿轮在整个加工过程中要注意很多问题，虽然产生缺陷的原因是多种多样的，但归纳起来不外乎以下三种：一是原材料（齿轮毛坯）存在原始缺陷，如软点、微裂纹和夹杂等：二是加工过程中的不足造成，如加工工艺不合理、热处理的变形与开裂等；三是其他一些原因，如人的操作失误、量具精度不够等。而原材料缺陷可以通过无损检测等手段来避免，其他因素可以通过加强培训和过程控制来避免，本文重点针对齿轮在热处理过程中所容易出现的问题及防止方法做一讨论，下面以图1所示齿轮为例进行详细说明。

2齿轮工件在热处理过程中常见问题及预防

一次在加工C6120车床一齿轮（如图1）过程中，就出现了机加工后齿轮经高频淬火后，在齿部靠近∮45mm孔处的齿轮节圆直径变小，降低了齿轮精度成为废品的问题。该齿轮由于载荷不大，采用的是45#钢，其加工工艺路线为：下料→锻造→预先热处理→粗加工→精加工→最终热处理→精磨。其预先热处理采用正火处理，即将锻造后的坯料加热至780ºC以上，保温1-2小时使奥氏体充分均匀化后在空气中冷却。这样处理的目的是不但消除了工件在锻造过程中产生的应力，减少裂纹出现的机会，而且改善切削加工性能，为最终热处理做组织准备。所谓改善切削加工性能就是增加工件中珠光体弥散度的共折量减少先共折铁素体量，提高了硬度，从而改善了切削加工性能，如钢中有带状组织，经正火处理后，也消除了其易产生切削裂纹的倾向。其最终热处理采用高频淬火加低温回火。通过高频淬火提高了齿轮表面的硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力，从而齿轮的使用性能得以进一步提高。而低温回火则是为了消除工件经高频淬火后产生的淬火应力，防止研磨裂纹的产生和提高齿轮的抗冲击能力，这进一步提高了齿轮的使用性能。而就是这么一种常用的典型的齿轮在加工过程中就出现了问题，其最主要的就是在最终热处理的高频淬火后，在齿轮腹板的∮45mm孔上靠近齿部节圆处直径变小，从而造成齿面变形影响了齿轮的使用性能，并造成了大量的浪费，对于这种问题的出现，我查阅了有关资料，并通过深入研究、总结、对比、试验后发现，其问题的主要症结在于6个∮45mm孔的存在，使该处壁厚比其余部分要薄，因此在高频淬火中，该处的冷却速度较快产生压应力，而其余各处还处在高温塑性变形区，因此齿面压应力的存在使其余各处产生微量塑性变形，待冷室温时其形变不再改变，因此出现前述问题。原因找到了，就要有针对性地找出解决方法，若6个孔不存在的话是不是就可以解决问题了呢，事实并非如此。由于该齿轮尺寸较大，为了减轻重量以及装拆的方便该处6孔还必须存在，因此就只有从工艺路线上考虑。在原工艺中该孔的加工和齿轮的加工是一起在最终热处理前进行的，由于该孔的精度要求不高，所以它的加工不必同齿的加工一道进行，而是将它改在最终热处理后进行，这样在高频淬火时由于齿轮根部厚度相同，就不会再出现类似的问题，从而就可以完全避免了问题的出现。

这是由于工序安排不合理产生裂纹的一个典型，在实际工作中工件出现裂纹的原因还很多，如工件结构上尖角和棱角的存在，开口和不对称等机加工艺都能生产裂纹。另外热处理工艺不合理也能产生裂纹，这在工作中也要严格避免。如G12MOV冷作模具钢为了使其具有良好的热更性，其热处理工艺（如图2）中淬火温度为1115ºC-1130ºC之间，然而由于温度较高，其在淬火冷却时，产生的热应力也较大，所以冷却后容易出现裂纹。为了避免裂纹的出现，常采用其下限温度1115ºC，但在综合考虑时，为使其具有较高的强度和韧性，又可将温度下降，到1000ºC-1050ºC进行淬火处理，这样不但控制了钢中残余奥氏体的量，调节了工件的变形，而且还可以避免由于温度过高而产生的热应力存在，从而减少了淬火裂纹的出现。

总之，工件的变形与裂纹是处处存在的，它与工件的热处理工艺有着密不可分的关系，一个容易忽视看来无关紧要的问题，就能导致前功尽弃，使工件成为废品。因此减少甚至杜绝变形与开裂的倾向是热处理工件的一个首要问题，这是一名工程技术人员所应重点关注和解决的问题，从而使我国的热处理水平走在世界前列。

作者：刘成,王金岩,马焕生,李虓 单位：抚顺石化工程建设有限公司