汽車變速器齒輪內(nèi)花鍵熱處理變形的全面質(zhì)量控制

為了對(duì)汽車變速器齒輪內(nèi)花鍵熱處理變形進(jìn)行全面有效的控制，本文從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料、鍛造、預(yù)熱處理、機(jī)械加工、熱處理方面，分析了影響內(nèi)花鍵最終變形的因素，在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)質(zhì)量控制，讓各工序處于受控狀態(tài)，提高其變形規(guī)律性。

 

1、引  言

由于汽車變速器齒輪有很多內(nèi)花鍵聯(lián)接，內(nèi)花鍵的最終變形，直接影響到齒輪的精度等級(jí)及裝配。在所有變形中，最主要的變形為熱處理變形。但是影響熱處理變形的因素很多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料、鍛造、預(yù)熱處理、機(jī)械加工工藝、熱處理工藝。為了控制熱處理滲碳淬火變形，必須對(duì)各工序進(jìn)行全面的質(zhì)量控制，對(duì)不合格品進(jìn)行原因分析，并制訂對(duì)策。

我們按工藝路線對(duì)各工序進(jìn)行分析，找出影響質(zhì)量的各種因素并針對(duì)性進(jìn)行控制。 

2、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響

我司為某司生產(chǎn)變速器里面的一個(gè)內(nèi)花鍵齒輪，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 

更改前

   

更改后 

在沒(méi)有和客戶溝通時(shí)，按照￠39尺寸加工，熱處理后花鍵有錐度，￠39這端花鍵大徑尺寸比另一端大徑尺寸小0.04mm。我司和客戶進(jìn)行了溝通，在不影響整體裝配質(zhì)量的情況下，把￠39改為￠42，熱處理后，花鍵錐度基本消除。從這一改進(jìn)可以看出，在進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，除了考慮整個(gè)總裝配的質(zhì)量外，還必須兼顧單個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)平衡，這樣有利于熱處理變形的控制。

3、材料的因素

20CrMnTiH在齒輪行業(yè)得到普通的使用，由于受到冶煉水平等影響，原材料質(zhì)量狀況不穩(wěn)定，同時(shí)進(jìn)貨渠道不同，質(zhì)量狀態(tài)也有一定的波動(dòng)，給變形控制帶來(lái)很大的難度，從總體來(lái)說(shuō)，原材料對(duì)變形的影響如下：， 

A、材料淬透性是影響熱處理變形的主要因素之一，淬透性帶寬較小，變形較小，反之則變形較大； 

B、材料的冶煉質(zhì)量，鋼材通過(guò)真空脫氣處理后，材料純凈度高、雜質(zhì)含量少、晶粒度均勻，以氧化物為主的雜質(zhì)大量減小。鋼材晶粒度對(duì)變形有著明顯的影響，隨著晶粒度尺寸增加，變形較大，因此要嚴(yán)格控制晶粒度的尺寸及混晶，晶粒度要求6-8級(jí)，同時(shí)，隨著淬透性的增加，變形率增大，因而在齒輪選擇材料時(shí)，只要淬透性能滿足要求即可，盡可能的控制好淬透性帶，以利于變形規(guī)律的統(tǒng)計(jì)和摸索。

要控制好熱處理變形，我們必須對(duì)原材料進(jìn)行有效的監(jiān)控： 

A、指定鋼材廠家，不能隨意更換； 

B、不同批次的鋼材， 要進(jìn)行試驗(yàn)，滿足要求才能使用，否則應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整； 

C、偏析嚴(yán)重、帶狀組織嚴(yán)重、原始組織粗大、非等軸晶粒的鋼材不能使用； 

4、鍛造及預(yù)熱處理的影響

鍛造可減少偏析，使組織均勻，帶狀組織減輕，因此有利于減少熱處理變形。但要注意鍛造工藝的合理性，應(yīng)使金屬纖維流線的形狀對(duì)稱，鍛坯充滿模腔，鍛造工藝盡可能一致，否則停鍛溫度相差過(guò)大，也可能引起內(nèi)孔脹縮不一。 

為了消除鍛造應(yīng)力，均勻細(xì)化組織，保證硬度在要求范圍內(nèi)，鍛坯必須進(jìn)行等溫正火，等溫正火的質(zhì)量影響變形的均勻性，等溫正火工藝必須嚴(yán)格執(zhí)行，否則會(huì)使變形增大，失去規(guī)律，難以控制。下圖為變形較大的齒輪心部組織，組織極不均勻，呈方向性，使內(nèi)花鍵變形超差。 

5、機(jī)械加工的影響因素

我司內(nèi)花鍵采用長(zhǎng)沙立式拉床（L5710）進(jìn)行最終加工： 

A、精車工序要求比較高，端面跳動(dòng)必須保證在0.01mm以內(nèi)，內(nèi)

孔尺寸￠28 +0.016/0，內(nèi)孔及端面粗糙度必須保證Ra1.6。

B、拉刀設(shè)計(jì)時(shí)，齒升量、分屑槽、前角、拉屑齒數(shù)等完全按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，拉刀材料和熱處理必須受控。通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)熱后大徑收縮量為0.03-0.04mm。所以制訂拉刀是大徑加上了熱處理變形量0.04mm，

C、拉床胎具平行度0.005，與機(jī)床垂直度0.005。

D、拉屑速度1.5-1.8m/min, 拉屑?jí)毫?0-13MPa 

E、拉刀不能過(guò)度使用，這樣既損坯拉刀，又增加了加工應(yīng)力，加大了熱處理變形。所以在拉內(nèi)花鍵過(guò)程中，必須對(duì)外觀進(jìn)行全檢，如果齒面沒(méi)有光潔度，或者有拉傷現(xiàn)象，必須更換拉刀。 

通過(guò)對(duì)以上參數(shù)的固化，減少拉內(nèi)花鍵工序?qū)崽幚砗髢?nèi)花鍵變形的影響。 

6、熱處理工藝的影響因素

齒輪熱處理滲碳淬火時(shí)，必然產(chǎn)生不同程度的變形，由于裝爐大，稍有不慎，會(huì)造成大批量不合格品，甚至全部報(bào)廢。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和仔細(xì)研究，采取有效措施，可以大大減小變形，影響因素主要有： 

A、裝爐方式： 

產(chǎn)品用圓形料棒串起來(lái)，橫放在熱處理工裝上，如下圖： 

1）產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的間隙>0.1mm； 

2）料棒與產(chǎn)品內(nèi)孔之間的間隙不能太大，也不能太小，0.5mm最為合適； 

3）料棒平直，不能彎曲； 

B淬火溫度： 

滲碳溫度與淬火溫度對(duì)內(nèi)花鍵變形有很大的影響，滲碳溫度與淬火溫度越高，花鍵內(nèi)孔的收縮量就越大，且淬火溫度的影響更明顯，淬火溫度越高，產(chǎn)生的組織應(yīng)力越大，變形就越大，但淬火溫度不宜過(guò)低，否則會(huì)出現(xiàn)非馬氏體，對(duì)零件的性能產(chǎn)生一定的影響。 

C均溫時(shí)間： 

滲碳溫度降到淬火溫度后，要有一定的均溫時(shí)間，否則不能保證零件淬火溫度的均勻一致性，這樣會(huì)引起花鍵內(nèi)孔變形不穩(wěn)，為了減少變形，應(yīng)在淬火溫度均溫1.5小時(shí)。 

D淬火介質(zhì)： 

淬火介質(zhì)的冷卻特性是影響齒輪內(nèi)花鍵變形的重要因素，如果能合理的選擇淬火介質(zhì)，可以將內(nèi)花鍵變形控制在工藝范圍內(nèi)，通過(guò)不斷的調(diào)整和摸索，得到合理的熱處理工藝，將內(nèi)花鍵變形減到最小。 

E碳濃度： 

滲碳齒輪的表面碳濃度、滲層深度會(huì)對(duì)組織的膨脹系數(shù)產(chǎn)生影響，如果滲碳時(shí)不對(duì)爐內(nèi)碳勢(shì)及工藝過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制，每爐產(chǎn)品的表面碳濃度、滲層深度都不一致，變形就沒(méi)有規(guī)律。 

7、結(jié)語(yǔ)

文中沒(méi)有列舉相關(guān)數(shù)據(jù)，主要考慮到數(shù)據(jù)沒(méi)有借鑒意義。因?yàn)闊崽幚碜冃问且粋€(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而且還具有一定的特殊性，不同的產(chǎn)品，機(jī)加工藝不同，不同的熱處理爐，熱處理工藝也會(huì)不同，但控制方法是相同的，只要掌握了正確的方向，根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，然后調(diào)整和改進(jìn)，總結(jié)出合理的工藝。總之，要對(duì)齒輪內(nèi)花鍵熱處理變形進(jìn)行有效的控制，必須做到：合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，合理的工藝，各工序都處于受控狀態(tài)，才能將內(nèi)花鍵熱處理變形降到最小。