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摘要：随着各种机械产品对齿轮零件综合性能及品质要求的不断提高，齿轮热处理技术得到了相应的发展。所以，了解国内外齿轮热处理工艺的发展动态，分析研究现有的齿轮热处理方法的缺点及改进方法十分重要，对减少齿轮热处理的变形、提高齿轮制造精度、使用性能有着十分重要的意义。下面就对齿轮加工中的锻造及热处理进行探讨。
关键词：齿轮加工；锻造；热处理
1 前言
本文主要对齿轮加工热处理技术的应用进行探讨，探讨了齿轮加工中对锻造及热处理要求，希望可供相关从业者参考。
2 齿轮材料与热处理方法概述
齿轮因其在众多机械机构中的工作条件不同，对其性能要求也有较大差别。对高转速、重载荷、需承受冲击及高精度的齿轮，多采用渗碳钢经渗碳、淬火及低温回火热处理工艺，表层金相组织为高碳回火马氏体，硬度高、耐磨性好，芯部为低碳马氏体组织，韧性强、不易发生金属疲劳；渗碳钢20CrMnTi经上述处理后，表面硬度可达58～62HRC，芯部硬度可达30～45HRC。对于承受中等工况的齿轮，多采用调质钢经调质和高频感应淬火热处理，其齿部抗疲劳性能较好，但耐磨性和硬度比渗碳钢稍弱。对低转速、轻载荷的齿轮，可使用球墨铸铁材质，采用正火或等温淬火热处理。
淬火工艺的发展对提高齿轮性能起到了重要作用，感应加热表面淬火技术及设备因加热速度极快、生产效率高，变形小，淬硬层深，淬火后齿面表层低脆性、高疲劳强度，工件表面不易氧化脱碳，易于实现自动化控制等诸多优点，目前在我国的齿轮生产中已广泛使用。
3 齿轮加工中对锻造及热处理的要求
齿轮类零件是减速机的重要组成部件，其质量的优劣，直接影响减速机的使用寿命和安全生产。齿轮加工机床出现和使用以后，严重影响和制约齿轮加工质量的瓶颈出现在毛坯锻造工艺和热处理工艺，其中尤以热处理工艺为重。齿坯锻造环节，由于工艺执行不严格，容易出现内部裂纹，在机械加工过程中不易被发现和检测，往往工件处于成品或半成品时在内应力的作用下由内部裂开造成废品，产生质量事故，此类质量问题时有发生，应严格注意。热处理过程，齿轮类零件一般要进行两次以上的热处理。对齿坯进行热处理的主要目的是消除热锻齿坯造成的内应力，改善齿坯在加工前的金相组织和可加工性，从而提高生产率，节约刀具费用，提高机床使用率，减少和防止机械加工中或在迸行热处理时的变形。齿形加工后进行热处理的目的，主要是提高轮齿工作面的硬度、工作强度及耐磨性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在此热处理工艺过程中齿轮类零件极易产生变形，需要精心操作，细心摸索规律，严格控制淬火时的升温时间、保温时间、工件大小和在炉内的放置方式，尽量减少工件在此过程中的变形量。对圆柱齿轮来说，如果变形量过大，在齿面精加工过程中，存在单侧轮齿磨不出来而发生废品。或是齿形齿向在精磨中发生改变，使得接触区偏向一边，影响接触区位置，达不到要求。锥齿轮在热处理过程中要求高，但是热后变形也最大。最终热处理后，齿轮轴的变形是轴体与轴头的中心偏差，齿轮的变形是整体弓变，在硬齿面刮削过程中出现凸凹面，少数轮齿一面提前进入切削，另一面切削到齿厚时还有黑皮，达不到要求，齿面没有完全切成。提前进入切削的少数齿面的渗碳层此时已经被切薄，甚至被切掉，使得轮齿失去硬度和强度，表面看起来挺好，可是在实际装箱使用时寿命大幅减少。在齿轮类工件的生产过程中，扶齿坯料的锻造，到粗加工后的热处理以及精加工后的热处理，都要严格执行各工序的工艺流程，减少废品，节约成本，提高产品质量是非常关键的。
4 齿轮热处理变形和改进方法
由于齿轮热处理变形的原因非常复杂，会受到冷、热加工当中很多因素的综合影响，比如：装炉方式、淬火介质冷却速率、材料淬透性、淬火过程的热应力和组织应力、预先热处理及机械加工残余应力等多种因素都会对其产生综合影响，所以必须全面考虑冷、热加工全过程当中的各种因素，优化设计齿轮结构，注意各种不利因素之间的相互作用，以上对于减少齿轮热处理变形非常关键。例如：齿轮轮毂上的减重孔位置如果分布不合理，就会对齿部淬火变形量产生影响；而一批里的每个齿轮加工时，机床调整、刀具磨损及切削参数等都存在变化，因此各件的切削应力差异明显；渗碳时每炉零件的表面碳浓度、渗层深度的波动，会造成变形没有规律。
控制齿轮渗碳淬火热处理变形的重要因素是表层碳浓度和渗碳层深度以及淬火温度与淬火介质的冷却速度，渗碳深度和碳浓度会对渗层组织膨胀系数产生影响，而淬火条件将决定齿轮的金相组织、机械性能及变形量是否满足要求；同时钢材特性对热处理过程也会产生重要影响，利用窄淬透性带的钢材使淬火后残余奥氏体量降到低水平并对渗碳层深度进行适当地调整，能够将零件变形控制在较小且有规律的状态，并能在渗碳层上实现最佳的残余压应力分布。影响齿轮孔缩的主要因素是淬火温度，渗碳温度及淬火温度越高，花键孔的收缩量越大，但淬火温度又不能过低，否则会产生非马氏体组织影响性能。通过选择正确的淬火温度、分级温度和时间以及合理的淬火剂（如低温盐浴、碱溶或油浴等介质），采用分级淬火可有效减少零件变形；而更新的计算机控制喷雾冷却方式，可在规定的时间内对零件指定部位完成淬火，与常规淬火介质相比，更容易得到较为理想的冷却速度。
5 结束语：
总之，我国的齿轮制造热处理技术经过长时间的积累及探索，齿轮产品性能已基本满足各种机械设备的使用要求。但是我们还应不断的加强对其的自主创新，进而促进我国机械工业的不断发展。
参考文献：
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[2]宋晓华，汪建平.电动工具齿轮断裂失效分析[J].机械制造，2010（5）.
[3]任芝兰.齿轮类零部件的选材及热加工分析[J].电焊机，2010（10）.
论文作者:南玲
论文发表刊物:《基层建设》2015年第35期
论文发表时间:2016/9/6
标签：齿轮论文; 渗碳论文; 加工论文; 轮齿论文; 零件论文; 工件论文; 过程中论文; 《基层建设》2015年第35期论文;