動(dòng)力鉗中滲碳淬火齒輪內(nèi)花鍵孔的加工工藝

摘要：石油鉆井和修井動(dòng)力鉗（以下簡(jiǎn)稱動(dòng)力鉗）是我公司的主要產(chǎn)品。齒輪加工在動(dòng)力鉗的制造過程中占據(jù)了很大比例，因此我們?cè)诩庸み^程中會(huì)經(jīng)常遇到各種齒輪加工方面的問題。其中，滲碳淬火齒輪內(nèi)花鍵孔的加工就是比較有代表性的問題。我們公司經(jīng)過多年實(shí)踐，摸索了一些比較成熟的加工工藝，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力鉗；齒輪加工；滲碳淬火齒輪；內(nèi)花鍵孔；加工工藝

在齒輪加工中，為解決低碳合金鋼滲碳齒輪淬火后內(nèi)花鍵孔加工問題，一般采取以下方法。對(duì)于花鍵孔硬度要求不高的齒輪，可在滲碳前。內(nèi)孔及孔口兩端面上留2mm余量，滲碳后車去內(nèi)孔及端面上的碳滲層余量，使內(nèi)孔及端面達(dá)到最終或工藝尺寸。內(nèi)孔及端面處的硬度低于刀具硬度，可直接用拉刀拉削內(nèi)花鍵。如動(dòng)力鉗上CMN齒輪馬達(dá)配對(duì)齒輪的漸開線內(nèi)花鍵就采用了這種加工工藝。這類齒輪也可以在滲碳前，按常規(guī)工藝精加工孔。滲碳時(shí)，在內(nèi)孔及孔口兩端面上涂上防滲涂料，滲碳后拉削內(nèi)花鍵。由于防滲涂料在實(shí)際運(yùn)用時(shí)效果不是很好，淬火時(shí)還要采用悶頭悶內(nèi)孔，以延緩內(nèi)孔的冷卻速度，降低內(nèi)孔的淬火硬度，便于淬火后修整鍵槽。這些方法均是通過降低內(nèi)花鍵孔的淬火硬度以便加工，從實(shí)際運(yùn)用上來看， 效果不是很理想。

我公司在對(duì)動(dòng)力鉗輸出齒輪等要求硬齒面花鍵孔的加工時(shí)，通過摸索和借鑒，找出一種比較符合我公司實(shí)際情況的加工方法。這就是在滲碳前拉出內(nèi)花鍵，滲碳后直接淬火，熱處理后在壓機(jī)上用花鍵推刀推擠修正內(nèi)花鍵。這種加工方法必須控制齒輪內(nèi)花鍵孔滲碳淬火后的收縮變形量，以便于下道工序修整內(nèi)花鍵。

為了能穩(wěn)定滲碳淬火后齒輪內(nèi)花鍵孔的變形量，我們首先在齒輪材料以及熱加工工藝上采取了一些措施。鋼材內(nèi)部組織疏松是導(dǎo)致內(nèi)孔收縮量大的原因之一。我們嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)精選材料，同時(shí)加大鍛造比，使組織緊密，以減少內(nèi)孔收縮量。在鍛件中如有魏氏組織與帶狀組織等缺陷，常溫的正火難以消除，組織不均勻使冷加工后殘余應(yīng)力增加。齒輪滲碳淬火后，內(nèi)孔變形量增大。因此，嚴(yán)格控制鍛造工藝，是減小齒輪內(nèi)孔變形的重要一環(huán)。對(duì)于正火溫度，我們經(jīng)過多次試驗(yàn)，將其控制在940-950℃，高于滲碳溫度，比較符合我們的實(shí)際要求。齒坯充分正火后得到均勻的珠光體與鐵素體，晶粒度為7-8級(jí)，齒輪內(nèi)孔變形變小。

動(dòng)力鉗具有花鍵孔的齒輪形狀典型的有圖示兩種情況。

圖一 圖二

齒輪形狀不同，加熱與冷卻時(shí)，各截面的塑性變形抗力不一。同一材料的齒輪經(jīng)滲碳淬火后，花鍵尺寸相同的內(nèi)徑徑向收縮量也不同。根據(jù)我們多次實(shí)際試驗(yàn)摸索，這兩種形狀的齒輪滲碳淬火后變形規(guī)律如下：圖一所示的齒輪（如配對(duì)齒輪等），孔的兩端結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在滲碳淬火后內(nèi)孔呈反腰鼓形，即孔中部收縮大，兩端收縮較小，且產(chǎn)生橢圓。對(duì)于圖二所示的齒輪（如輸出齒輪等），其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是孔兩端壁厚不對(duì)稱。此類零件的花鍵孔熱處理收縮變形規(guī)律主要是：除孔收縮變形產(chǎn)生橢圓外，還明顯形成錐度。這是因?yàn)榭妆诒〉囊欢耸湛s變形量比孔壁厚的一端收縮變形量大所致。

由此可見，花鍵孔的熱處理收縮變形規(guī)律及變形量大小與齒輪的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)。要得變形量小就應(yīng)盡量使花鍵孔的兩端結(jié)構(gòu)對(duì)稱且壁厚均勻，并盡量增加孔的壁厚尺寸。對(duì)于圖一所示的齒輪，在設(shè)計(jì)許可的前提下，將孔中部一段花鍵切削掉，其尺寸比花鍵大徑深0.3-0.4（如圖一）。對(duì)于圖二所示的齒輪，臺(tái)階一端內(nèi)花鍵切削掉一段。這樣齒輪內(nèi)花鍵孔將不受臺(tái)階一端收縮的影響，而可基本保持孔徑相同。這類齒輪，如以臺(tái)階端面為基準(zhǔn)進(jìn)行拉削，由于該端壁薄，易產(chǎn)生彈性變形。拉削后，此臺(tái)階部分孔徑往往偏?。ū诒r(shí)可達(dá)0.03以上）。加上滲碳淬火后，該端孔徑收縮又較大，從而產(chǎn)生錐形孔。如以齒輪端面為基準(zhǔn)進(jìn)行拉削，則可克服上述缺點(diǎn)。

對(duì)于內(nèi)花鍵孔收縮量較大的齒輪，根據(jù)花鍵孔的變形規(guī)律，適當(dāng)加大花鍵拉刀徑向尺寸，盡量使?jié)B碳淬火后，花鍵孔尺寸在合格范圍內(nèi)，這種方法既經(jīng)濟(jì)，效果又好。我們根據(jù)實(shí)際積累的經(jīng)驗(yàn)，相應(yīng)制定了花鍵孔的拉削尺寸，拉削公差0.021，加工后較好地控制了內(nèi)孔變形。為了彌補(bǔ)不對(duì)稱壁厚的熱處理縮孔變形，我們還采用了漲孔工藝。壁薄端孔漲量稍大于淬火后兩端孔縮量的差值，使熱處理后花鍵孔具有了一個(gè)正確的形狀?？捎脦уF度的外花鍵或漲芯套漲孔，使花鍵大徑產(chǎn)生塑性變形。此時(shí)，大徑的內(nèi)應(yīng)力較大，熱處理后應(yīng)力恢復(fù)要增大變形，所以孔漲量稍大。

對(duì)于精度要求較高的齒輪，我們還采用了穿心軸淬火工藝，先滲碳后穿心軸淬火。既保證了花鍵齒面的滲碳層深度，又減小了花鍵大徑熱處理變形。淬火心軸的大徑應(yīng)比花鍵孔大徑小0.05-01mm，理論上減小值應(yīng)與零件的縮孔變形量相等，但實(shí)際取值應(yīng)稍大一些。淬火心軸的小徑應(yīng)不大于零件花鍵孔相配的花鍵軸的小徑，以免發(fā)生干涉。齒厚應(yīng)小于花鍵孔齒槽寬，齒厚減薄量在0.5mm左右，防止齒側(cè)干涉，同時(shí)增加通油量，提高花鍵硬度。

花鍵孔大徑作為齒輪加工、測(cè)量及安裝基準(zhǔn)，必須具有較高的精度。在上面的工藝措施有效地減小了淬火變形后，我們?cè)邶X輪滲碳淬火后采用花鍵推刀在壓機(jī)上對(duì)花鍵孔進(jìn)行推擠修整， 使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過我們不斷的摸索和改進(jìn)完善工藝措施，基本上消除了花鍵孔的橢圓度和錐度誤差，有效地減小了花鍵孔淬火變形。使得在齒輪滲碳淬火后采用花鍵推刀在壓機(jī)上對(duì)花鍵孔進(jìn)行推擠修整更加方便，提高了刀具耐用度，延長(zhǎng)了推刀使用壽命，符合我公司批量生產(chǎn)的實(shí)際要求，具有一定的實(shí)用推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]《熱處理手冊(cè)》第二卷 機(jī)械工業(yè)出版社 2008年出版

[2]《滲碳齒輪內(nèi)花鍵孔淬火變形的預(yù)控制》王學(xué)淵，《機(jī)械制造》1987年04期

[3]《齒輪滲碳淬火變形及其改進(jìn)措施》李愛花，《科學(xué)創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》2008 年第28期

[4]《淺析滲碳淬火齒輪的變形與控制》謝浪，《機(jī)械工人》（熱加工）2002年03期

[5]《內(nèi)花鍵滲碳淬火變形控制的工藝措施》眭小利，《機(jī)械制造》2008年01期

[6]《齒輪滲碳淬火的補(bǔ)償處理》魯緒芝，《機(jī)械工藝師》，2001年05期