通常情況下，在對齒輪進(jìn)行熱處理過程中，齒輪畸變是一種經(jīng)常出現(xiàn)的情況。在某種意義上，這種畸變情況是難以避免的。而熱處理過程中的齒輪一旦發(fā)生嚴(yán)重的畸變情況，則會導(dǎo)致設(shè)備在裝配后受到很大的影響。由于齒輪畸變情況非常復(fù)雜，所以其不僅與原材料以及原始的設(shè)備組織、實(shí)際的熱處理技術(shù)工藝存在必然的關(guān)聯(lián)性，而且還與機(jī)械齒輪的幾何形狀有最為直接的關(guān)系。在其他不同條件的運(yùn)行工況下，如果齒輪的形狀發(fā)生巨大改變，不僅會使整個齒輪畸變過程發(fā)生重大改變，而且會導(dǎo)致齒輪發(fā)生畸變的具體方位也產(chǎn)生變化。所以，這種明顯的變化性，導(dǎo)致齒輪的機(jī)械變化規(guī)律難以掌握，由此導(dǎo)致日常工業(yè)加工過程中，由于大量的齒輪畸變情況出現(xiàn)使工件成為廢品。

因此，為了更好地解決上述問題，本文將在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中，對熱處理過程中齒輪畸變的情況進(jìn)行分析，通過研究相關(guān)的影響因素，以期找到具體的技術(shù)控制方法。

熱處理過程中齒輪畸變情況控制的試驗(yàn)分析

1 熱處理過程中齒輪畸變情況的試驗(yàn)材料

本文在實(shí)驗(yàn)研究過程中，結(jié)合某工廠的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，主要針對某一型號的變速箱主動齒輪熱處理過程中的畸變情況進(jìn)行試驗(yàn)分析，希望找到影響齒輪發(fā)生畸變的相關(guān)因素，從而根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，得出具體熱處理過程中有效控制齒輪畸變的重要措施。本文研究的主動齒輪的實(shí)際材質(zhì)為20CrMnTi，如表1 所示，為該型號變速箱主動齒輪的實(shí)際化學(xué)成分。

2 熱處理過程中齒輪畸變情況的試驗(yàn)方法及具體工藝

變速箱中的齒輪，通過改變曲軸以及發(fā)動機(jī)、主軸齒輪的實(shí)際運(yùn)行速率，并將發(fā)動機(jī)中的全部運(yùn)行動力都經(jīng)過主動齒輪傳輸給車軸，從而確保機(jī)車正常運(yùn)行。在此運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)齒輪的受力較大，且在運(yùn)行傳輸過程中頻繁受到?jīng)_擊，但是其心部強(qiáng)度以及表面耐磨性、抗疲勞損傷的程度和沖擊韌性等性能都較強(qiáng)。所以，結(jié)合實(shí)際情況，本文在試驗(yàn)分析過程中，主要采用合金滲碳鋼，通過滲碳技術(shù)工藝以及淬火技術(shù)處理工藝、低溫回?zé)岬臒崽幚砑夹g(shù)工藝，保證齒輪在經(jīng)過上述三種不同淬火技術(shù)工藝處理后，其實(shí)際的剛度和強(qiáng)度都能不斷提升，以此來強(qiáng)化其表面耐磨性與抗疲勞損傷能力。在此處理過程中，本文還采用噴丸處理技術(shù)工藝，進(jìn)一步提升齒輪的表面耐磨性。

表2 為本次試驗(yàn)分析過程中所設(shè)置的技術(shù)工藝處理參數(shù)。

如表2 運(yùn)行溫度所示，在上述運(yùn)行條件中進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，第一階段的試驗(yàn)技術(shù)工藝主要為：鍛造以及正火技術(shù)處理、齒輪的齒型加工、內(nèi)化鍵的加工、氣體滲碳技術(shù)操作、預(yù)冷淬火技術(shù)處理、低溫回火技術(shù)處理、噴丸技術(shù)處理、磨齒處理等。主要采用型號為RJJ-90-9 的井式滲碳爐進(jìn)行滲碳技術(shù)處理，將平裝裝爐以及煤油、甲醇作為具體的滲碳介質(zhì)。

具體處理過程中，主要將井式滲碳樓中的溫度加熱到930℃的運(yùn)行高溫，然后保證強(qiáng)滲期的碳勢和強(qiáng)滲時間及擴(kuò)散期碳勢和擴(kuò)散期的擴(kuò)散運(yùn)行時間分別為1.2%、9h和0.85%、7.5h。當(dāng)運(yùn)行溫度達(dá)到860℃時，齒輪直接出爐進(jìn)行油淬技術(shù)處理，然后再將其實(shí)際的運(yùn)行溫度調(diào)節(jié)到180℃。經(jīng)過120 分鐘的回火技術(shù)處理，從而保證滲碳層的實(shí)際滲層深度在1.8 ～ 2.2mm 之間。

當(dāng)整個試驗(yàn)分析過程結(jié)束之后，對其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析檢測，主要分析滲碳層的滲層深度和齒輪的淬火加工硬度，結(jié)果如表3 所示。經(jīng)過檢測分析發(fā)現(xiàn)，該齒輪經(jīng)過熱處理技術(shù)加工后，其公法線長度畸變量以及內(nèi)花鍵M 值的畸變量分別為0.07 ～ 0.11mm 和0.06 ～ 0.08mm。與此同時，經(jīng)過科學(xué)的測量以及數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，該齒輪的平面度超差。

為了進(jìn)一步找到影響齒輪熱處理過程中的畸變因素，本文又在第一階段試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)結(jié)果基礎(chǔ)上，科學(xué)改進(jìn)試驗(yàn)的工藝路線。具體為：先經(jīng)過齒輪鍛造，然后再進(jìn)行正火處理加工、齒輪的齒型加工、內(nèi)化鍵加工、氣體滲碳技術(shù)工藝、預(yù)冷淬火技術(shù)工藝、低溫回火技術(shù)工藝、噴丸處理、磨齒加工技術(shù)處理。

表3 第1次熱處理試驗(yàn)結(jié)果

在第二階段的試驗(yàn)過程中， 將滲碳工藝設(shè)備改為IPSEN 多用爐， 而將丙酮作為滲碳處理介質(zhì)， 通過Houghton G 型淬火油作為淬火技術(shù)工藝處理的介質(zhì)，并利用特殊的料架進(jìn)行掛裝處理。當(dāng)滲碳技術(shù)處理之后，將實(shí)際的運(yùn)行溫度降低到860℃進(jìn)行淬火技術(shù)處理。當(dāng)齒輪出爐之后，經(jīng)過120 分鐘的回火技術(shù)處理，并將溫度控制在180℃。在此過程中，保證滲層的實(shí)際深度能夠在1.8 ～ 2.2mm 之間。試驗(yàn)結(jié)束后，采用同樣的方式進(jìn)行結(jié)果分析，結(jié)果如表4 所示。數(shù)據(jù)表明，齒輪外公發(fā)線長度、內(nèi)花鍵M 值和平面度畸變量依然存在超差的現(xiàn)象。與此同時，在連續(xù)兩個不同階段的試驗(yàn)分析過程中發(fā)現(xiàn)，齒輪在熱加工處理時，出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨齒裂紋和坯件齒型加工切削性能較差等問題。

表4 第2次熱處理試驗(yàn)結(jié)果

因此，本文接著又進(jìn)行了一次試驗(yàn)。針對第一階段和第二階段試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，又對熱處理加工工藝流程進(jìn)行了科學(xué)優(yōu)化。具體按照鍛造、二次正火技術(shù)處理、齒輪的齒型加工、內(nèi)化鍵加工、碳?xì)涔矟B、預(yù)冷淬火技術(shù)處理、低溫回火技術(shù)處理、噴丸技術(shù)處理、磨平面技術(shù)處理的工序進(jìn)行作業(yè)試驗(yàn)。在此過程中，將第一階段試驗(yàn)過程中的一次正火處理改變?yōu)槎握鸺夹g(shù)處理，然后將第一、二階段的正火處理時間改變?yōu)?40 分鐘，并用碳氮共滲取代單純的氣體滲碳技術(shù)，將氨氣和丙酮作為其中的滲透介質(zhì)。碳氮共滲之后，將淬火溫度降低到820℃，然后通過Houghton G 型淬火油進(jìn)行淬火技術(shù)處理，通過掛裝的方式懸掛零件。試驗(yàn)結(jié)束后，針對第一、二階段的試驗(yàn)參數(shù)結(jié)果進(jìn)行修正，最后的參數(shù)結(jié)果如表5 所示。結(jié)果表明，齒輪在第三次熱處理加工過程中畸變量很小，且機(jī)械設(shè)備在加工運(yùn)行過程中沒有出現(xiàn)類似的磨損切削問題，從而大大簡化了工藝操作流程，提高了齒輪的運(yùn)行效率。

表5 第3次熱處理試驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，熱處理過程中齒輪畸變情況的出現(xiàn)主要是受到相關(guān)因素的影響。本文通過三次不同的實(shí)驗(yàn)過程，分別結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對熱處理過程中齒輪畸變參數(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化控制。在此過程中，主要對齒輪熱處理技術(shù)工藝不斷進(jìn)行控制改進(jìn)。最終的實(shí)踐結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化控制的熱處理實(shí)驗(yàn)中，齒輪的畸變情況得到了良好控制。

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