變速箱齒輪熱處理變形控制方法分析

苑盼盼

摘要：熱處理簡(jiǎn)單而言就是基于加工過(guò)程中實(shí)施加熱鍛造的一種工藝方法，是齒輪加工過(guò)程中不可或缺的環(huán)節(jié)。在此種工序處理下，一方面可以強(qiáng)化齒輪強(qiáng)硬度，提升了其耐磨性，另一方面也可以降低后續(xù)工藝對(duì)精度的需求。然而，熱處理過(guò)程中的變形情況不容忽視，是引發(fā)齒輪尺寸發(fā)生改變、產(chǎn)生異常噪聲的重要原因，甚至還會(huì)影響齒輪的使用壽命。鑒于此，本文主要圍繞變速箱齒輪熱處理變形控制方法進(jìn)行探究，旨在為相關(guān)工作人員、技術(shù)人員提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：變速箱;齒輪;熱處理;變形;控制

0 ?引言

變速箱是汽車重要的受力單元，對(duì)于重型汽車來(lái)講，其具有載重大、行駛路況差等特征，在此背景下，也會(huì)給變速箱產(chǎn)生劇烈的沖擊。因此，為了保證重型汽車的順利行駛，需要有強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)且高沖擊韌性的變速箱齒輪為支撐，而這一目的的實(shí)現(xiàn)，就需要對(duì)齒輪熱處理過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止出現(xiàn)變形而引發(fā)的齒輪尺寸變化和異常噪聲的情況。

1 ?齒輪熱處理發(fā)生變形的重要影響因素分析

1.1 齒輪設(shè)計(jì)形狀 ?齒輪在制作中主要用鋼等作為材料，鋼的屬性材料容易受到溫度的變化而產(chǎn)生韌度的變化[1]。因此，齒輪會(huì)在高溫?zé)崽幚憝h(huán)境下發(fā)生一定程度的變形。主要是受熱過(guò)快所致。在高溫下，齒容易輪受熱不均勻，內(nèi)部溫度相對(duì)于外部表面溫度來(lái)說(shuō)，受熱相對(duì)是較慢的，因此局部溫度受熱導(dǎo)致形狀上發(fā)生轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)局部位置有凸出或者凹陷的情況[1]。

通過(guò)分析齒輪在加工熱處理過(guò)程中出現(xiàn)變形的原因可以得知，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形狀是較為突出的影響因素。例如如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不準(zhǔn)確，那么就會(huì)導(dǎo)致齒輪的受熱不同，變形現(xiàn)象也由此發(fā)生。鑒于此，在針對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)壁的厚度進(jìn)行合理控制，確保其合理性和均勻?qū)ΨQ性。同時(shí)，截面尺寸比例間隙也要避免出現(xiàn)過(guò)寬的現(xiàn)象。也只有在此方面注重齒輪設(shè)計(jì)的優(yōu)化改造，才能使齒輪設(shè)計(jì)具有的影響有效降低。

1.2 原材料的特性 ?原材料質(zhì)量是影響齒輪熱處理技術(shù)和齒輪疲勞壽命的重要因素。通常原材料特性主要涵蓋了淬透性、純凈度和晶粒度三個(gè)方面。淬透性是指原材料淬火過(guò)程中奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)換過(guò)程的難易情況。為了使熱處理工藝和變形更加穩(wěn)定，需要對(duì)材料有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的淬透性類別[1]。淬透性與熱處理變形間存在正比關(guān)系，而合金元素則與淬透性息息相關(guān)。同時(shí)，合金元素之所以能夠?qū)崽幚碜冃萎a(chǎn)生一定影響，主要是依托鋼的屈服程度和臨界轉(zhuǎn)變溫度等路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。想要確保熱處理技術(shù)和變形的穩(wěn)定性，那么就要將關(guān)注點(diǎn)放在原材料淬透性上，保證其穩(wěn)定性和合理的淬透性。

1.3 鍛造 ?鍛造過(guò)程是在高溫狀態(tài)下進(jìn)行的，這樣可提高齒坯結(jié)構(gòu)的均勻性。鍛造在提升齒坯組織均勻性方面具有重要作用，同時(shí)，依托帶狀組織可以使熱處理變形情況得到有效控制。然而，鍛造問(wèn)題會(huì)使熱處理變形情況惡化，這主要是因?yàn)?，金屬在鍛造作用下其金屬流線會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱的情況，如果鍛造溫度沒(méi)有合理控制而過(guò)高，那么冷卻后也會(huì)出現(xiàn)不均勻問(wèn)題。齒坯鍛造后，金屬纖維流線形狀需要以齒坯外部輪廓為依照而對(duì)稱分布，對(duì)其縱剖面上的流線來(lái)講，也要確保其封閉性。此種流線形狀毛坯經(jīng)過(guò)熱處理后，變形會(huì)有固定規(guī)律可循，簡(jiǎn)化了控制工作。而且，如果鍛造溫度過(guò)高，原料的顆粒會(huì)生長(zhǎng)，在嚴(yán)重的情況下，坯料將報(bào)廢[1]。

1.4 預(yù)熱處理 ?通過(guò)分析預(yù)熱處理目的可以了解到，其本質(zhì)就在于獲得良好的組織和良好的結(jié)構(gòu)，換句話來(lái)講就是對(duì)晶粒進(jìn)行細(xì)化，消除殘余應(yīng)力[1]。而實(shí)際工藝操作時(shí)，主要是以?shī)W氏體轉(zhuǎn)變溫度為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鍛坯進(jìn)行加熱，直至超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)溫度，以此完成鍛坯組織向奧氏體的轉(zhuǎn)化。待此環(huán)節(jié)完成后，對(duì)其進(jìn)行冷卻處理，推動(dòng)組織向鐵素體加珠光體組織的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而收獲所需的塑形和硬度，同時(shí)也簡(jiǎn)化了切削難度。就實(shí)際轉(zhuǎn)化過(guò)程而言，奧氏體晶粒都成為珠光體晶粒的衍生體，加之組織細(xì)化操作，來(lái)達(dá)到控制熱處理變形的目的。

1.5 機(jī)加工道具與切削量 ?在機(jī)加工作用下，會(huì)產(chǎn)生工件殘余應(yīng)力，同時(shí)在經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理后，工件塑形也會(huì)顯著提升。如果切削進(jìn)給量超過(guò)相關(guān)要求或標(biāo)準(zhǔn)，或者刀具受損嚴(yán)重，那么在實(shí)際加工時(shí)就會(huì)發(fā)生錯(cuò)位變形的情況，同時(shí)，也催生了內(nèi)部的殘余應(yīng)力。在熱處理加工時(shí)，這些殘余內(nèi)部應(yīng)力在受熱作用下得到釋放，致使工件變形情況更加嚴(yán)重。雖然殘余應(yīng)力不能得到有效的消除，但是可以借助合理選擇加工工藝或及時(shí)更換有損工具達(dá)到降低殘余應(yīng)力的目的，從而在穩(wěn)定性這一立足點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)對(duì)熱處理變形影響因素作用的控制。

1.6 熱處理工藝 ?滲碳淬火是現(xiàn)階段變速箱齒輪熱處理過(guò)程中應(yīng)用廣泛的方式，同時(shí)，滲碳淬火技術(shù)憑借其技術(shù)成熟、成本小、運(yùn)用普遍等優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前熱處理研究中的重點(diǎn)研究方向。滲碳溫度是滲碳速度的決定性因素，滲碳溫度越高，零件屈服強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)明顯地降低，變形就會(huì)越發(fā)突出，同時(shí)，滲碳溫度越高也給部分晶粒生長(zhǎng)帶來(lái)了適宜環(huán)境，進(jìn)而引發(fā)更嚴(yán)重的變形。對(duì)此，需要以技術(shù)角度為出發(fā)點(diǎn)控制滲碳溫度，從生產(chǎn)成本角度合理提升滲碳溫度。這就要求相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行合理協(xié)調(diào)，保證實(shí)用性和生產(chǎn)力。

加熱溫度是不應(yīng)該太快的，特別是對(duì)于壁厚較大的零件，因?yàn)槿绻訜崴俣冗^(guò)快，將導(dǎo)致零件表面與芯體溫差過(guò)大，心臟溫度較低。這個(gè)過(guò)程通常是預(yù)熱到450攝氏度上下，60分鐘以內(nèi)。在一定程度上，淬火溫度對(duì)工件的變形存在較大影響。一般來(lái)說(shuō)，淬火溫度越高，零件的熱容越大，淬火溫度越低，零件的熱容越小。因此，需要選擇合適的介質(zhì)來(lái)保障淬火溫度的控制性，并考慮介質(zhì)的影響。熱處理設(shè)備性能越優(yōu)良，加熱溫度控制精度越高，爐溫控制精度越高，氣密性越好，加熱均勻性越好、大氣均勻性越好，零件的變形越是可控的。

2 ?變速箱齒輪熱處理變形控制方法

2.1 齒輪設(shè)計(jì)要注重壁厚且均勻?qū)ΨQ的零件 ?如果零件壁厚不能達(dá)到相關(guān)要求，那么熱處理加工時(shí)，相對(duì)較薄的區(qū)域受熱較快，就會(huì)增加卷曲的發(fā)生幾率。對(duì)此，可以采取設(shè)計(jì)兩個(gè)單獨(dú)零件的方式，以此來(lái)控制熱處理變形現(xiàn)象，同時(shí)，加工過(guò)程也能得到簡(jiǎn)化。

2.2 明確淬透性的實(shí)際范疇 ?企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際需求對(duì)淬透性實(shí)際范疇進(jìn)行明確，也是控制熱處理變形的有效方法。同時(shí)，晶粒度也需要給予應(yīng)有的關(guān)注。由于金屬材料均是由多個(gè)晶粒所構(gòu)成，而各個(gè)晶粒特點(diǎn)不同，對(duì)此，可以采取將各個(gè)晶粒間差異進(jìn)行組合的方式，以此抵消各晶粒間的作用力，促使金屬材料異向同性特征的形成。值得一提的是，在這一過(guò)程中需要對(duì)組成材料進(jìn)行嚴(yán)格挑選，確保晶粒大小和數(shù)量滿足相關(guān)要求。

2.3 運(yùn)用等溫退火技術(shù) ?近年來(lái)，等溫退火技術(shù)在預(yù)熱處理加工中得到了較為廣泛的應(yīng)用，在此背景下，與熱處理成效也有了顯著提升。對(duì)于一些奧氏體較為穩(wěn)定的合金鋼而言，等溫退火技術(shù)也是縮短退火周期的重要方式，在穩(wěn)定熱處理變形的過(guò)程中也有突出意義。

2.4 完善加工工藝檢驗(yàn)流程 ?熱處理完成后，還需要有完善的加工工藝檢驗(yàn)流程為輔助，以此使齒輪的合格率得到充分提升[2]。

2.5 控制好滲碳處理溫度 ?滲碳處理溫度會(huì)直接影響到滲碳淬火技術(shù)的實(shí)施，同時(shí)，滲碳處理溫度也會(huì)對(duì)零件滲碳速率產(chǎn)生決定性作用，且滲碳處理速度與晶體膨脹是正比關(guān)系?；诖耍瑹崽幚砉ぷ髡咭獙?duì)滲碳處理溫度進(jìn)行合理控制，并確保生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性，確保生產(chǎn)與所需的一致性。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在實(shí)施熱處理環(huán)節(jié)時(shí)，相關(guān)操作人員要對(duì)齒輪加工技術(shù)熟練掌握，在清晰影響熱處理變形的主要因素基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱處理工作的有效控制，以此使齒輪變形的發(fā)生幾率大大降低，確保齒輪質(zhì)量，這對(duì)于企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力提升和后續(xù)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有積極意義。

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