熱處理裝爐方式對行星齒輪變形的影響

熱處理裝爐方式對行星齒輪變形的影響摘要：風電發(fā)電機組因其嚴苛的服役環(huán)境和高的可靠性要求，對齒輪箱壽命提出了較高的要求，齒輪、行星齒輪、高速齒輪軸等關(guān)鍵零部件，必須要有較高的耐磨性、接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度、沖擊韌度及高的尺寸精度。為了獲得優(yōu)良的綜合性能，這類零件材料一般選用18CrNiMo7-6鋼，熱處理方式為滲碳淬火。但是該鋼作為一種高淬透性鋼，在滲碳淬火過程中會產(chǎn)生嚴重的變形，行星齒輪由于壁薄，內(nèi)孔變形問題尤為突出。嚴重的內(nèi)孔變形不僅增加了車削量，降低車削效率，而且使內(nèi)孔車削加工后表面硬度下降，影響行星齒輪的承載能力和服役壽命。關(guān)鍵詞：行星齒輪；裝爐方式；熱處理變形引言改革開放40年來，我國實現(xiàn)了硬齒面技術(shù)從無到有的轉(zhuǎn)變和發(fā)展，也促進了熱處理技術(shù)裝備的進步。邁入新世紀，借力風電行業(yè)的迅猛發(fā)展，以南高齒為代表的國內(nèi)齒輪制造商，以滿足國際高端用戶為宗旨，引領(lǐng)熱處理及裝備技術(shù)的發(fā)展，奠定了參與國際競爭的堅實基礎(chǔ)。盡管我國風電齒輪熱處理技術(shù)有了長足的進步，然而，在自主的風電裝備特別是核心零部件增速箱齒輪的研制方面，國內(nèi)普遍水平與國外先進水平還存在較大的差距，如技術(shù)標準體系不夠完善、核心技術(shù)指標落后、原材料質(zhì)量分散性大、普遍缺乏對齒輪疲勞強度基礎(chǔ)研究，使得產(chǎn)品研發(fā)和制造缺少數(shù)據(jù)支撐。齒輪滲碳淬火工藝技術(shù)齒輪通常根據(jù)工件的性能要求，決定要選擇的材料和要使用哪些工藝來滿足這些要求。大部分齒輪使用滲碳淬火熱處理工藝的原因是，當齒輪移動時，當驅(qū)動齒輪向從動齒輪傳遞動力時，傳遞力矩會改變運動方向，通過速度比的變化來改變運動速度。齒輪在循環(huán)沖擊摩擦振動中，兩個齒面相交并滑動，因此在接觸中受到交變接觸壓力應(yīng)力，齒根受到交變彎曲應(yīng)力，齒輪受到額外的動力載荷。這些服役條件決定齒輪的性能，齒側(cè)應(yīng)具有高耐磨性和高接觸疲勞極限，齒根應(yīng)具有高彎曲強度和充分的沖擊韌性，并相應(yīng)地對材料的選擇提出合理的要求。另外，必須通過適當?shù)臒崽幚硇薷募夹g(shù)滿足相應(yīng)的要求。精密齒輪必須產(chǎn)生高傳動精度和最低NVH噪音，對加工精度和熱處理變形控制的要求相當高。只有不太重要的低速輕型齒輪可以使用中間碳鋼或碳合金鋼材料，在調(diào)節(jié)或凈化表面淬火路徑或力小的情況下使用塑料齒輪。高速重載齒輪應(yīng)選擇滲碳鋼，以滿足最終使用要求。調(diào)整或定期進行準備熱處理。齒輪加工后，可將滲碳淬火和回火工藝用作最終熱處理，以滿足性能要求。必要時，熱處理后應(yīng)完成齒形，以便在齒表面具有高硬度耐磨性和高接觸疲勞強度的同時，有足夠的齒愁。齒輪熱處理發(fā)生變形的重要影響因素分析2.1齒輪設(shè)計形狀齒輪在制作中主要以鋼等為材料，鋼的屬性材料容易暴露在溫度變化中，引起韌性變化。因此，齒輪在高溫熱處理環(huán)境下會發(fā)生一定的變形。主要是因為受熱太快而造成的。在高溫下，齒容易輪受熱不均勻，內(nèi)部溫度與外部表面溫度相比相對較慢，因此局部溫度加熱后形狀會發(fā)生變化，局部位置突出或凹陷的情況發(fā)生。分析了加工熱處理過程中齒輪變形的原因，發(fā)現(xiàn)設(shè)計結(jié)構(gòu)形狀是更突出的影響因素。例如，如果設(shè)計結(jié)構(gòu)不正確，齒輪的熱量可能會不同，導(dǎo)致變形。因此，設(shè)計齒輪時，要合理控制墻的厚度，確保合理性和均勻的對稱性。另外，應(yīng)避免截面尺寸比例間距也過大的現(xiàn)象。在這方面，必須重視齒輪設(shè)計的優(yōu)化改造，才能有效地減少齒輪設(shè)計的影響。2.2材料的選擇要保證金屬小齒輪的質(zhì)量，減少熱處理的形狀變量，關(guān)鍵是選擇合格的材料。純度、均勻性、淬透性是金屬小齒輪原材料選擇的主要指標，是直接影響變形的主要材料因素。在符合標準或設(shè)計要求的情況下，鋼中雜質(zhì)含量的比重是齒輪鋼材料的純凈度。成分、組織和缺陷分布的均勻性統(tǒng)稱為材料的均勻性。淬火性是指在預(yù)設(shè)環(huán)境下，根據(jù)樣品淬火層的深度和硬度的排列來說明材料特性，材料的臨界淬火冷卻速度的速度決定了淬火性的大小?；瘜W(xué)成分排列不均勻，產(chǎn)生偏析，點火后偏析部分的組織和應(yīng)力與其他地方有差異，發(fā)生變形。其中，帶狀組織以不均勻的配置表示，可以輕松地增加齒輪的形狀變量。淬火值分布帶的寬度窄是說明淬火性能的重要方面。一般來說，淬透性值J9處大小十分重要。J9表示端9毫米的硬度，該位置的淬透性值為28HRC以上，42HRC以下是合理的值。J9高于42HRC時，淬火材料容易發(fā)生大變形和脆裂。因此，淬透性帶的寬度越窄越好。熱處理工藝及裝爐要求行星齒輪滲碳、淬火及回火設(shè)備為2m滴注式井式氣體滲碳爐生產(chǎn)線，碳勢及爐溫均由計算機自動控制。熱處理工藝過程為：清洗f涂刷f裝爐f滲碳f高溫回火f淬火保溫f油冷f低溫回火。淬火油槽為2m井式淬火油槽，淬火入液油溫控制為45°C。改善前行星齒輪裝爐3層，每層5件均布在蛇形蜂窩板工裝上，行星齒輪下端面與蜂窩板直接接觸。改善后的裝爐方式為裝爐3層，每層1件套裝在料桿中，零件下端面與蜂窩板不直接接觸，采用3塊30mm高工字型墊塊呈120°均布墊在零件與蜂窩板之間。變速箱齒輪熱處理變形控制方法4.1材料選擇材料滲透性對熱處理變形的影響表明，钚帶寬與齒輪變形量成正比。因此，應(yīng)合理控制齒輪加工材料的淬透性，獲得最佳的金屬小齒輪加工材料參數(shù)。齒輪材料的結(jié)晶度和粒度大小也要嚴格控制，結(jié)晶度與金屬小齒輪形狀變量成正比，因此齒輪選材在淬透性合理的情況下，決定也合理就可以了。4.2齒輪設(shè)計要注重壁厚且均勻?qū)ΨQ的零件如果零件壁厚不符合相關(guān)要求，熱處理時比較薄的區(qū)域加熱速度更快，發(fā)生卷曲的概率更高。為此，可以設(shè)計兩個獨立的零件來控制熱處理變形現(xiàn)象，還可以簡化加工過程。4.3淬火控制淬火溫度對變形量的影響測試，淬火溫度冷卻測試結(jié)果顯示，淬火溫度約為840C，金屬小齒輪熱處理的形狀變量最小，在此溫度值下調(diào)節(jié)金屬小齒輪變形量相對容易。另外，淬火內(nèi)外溫差大時材料會變形，淬火溫度達到80°C時，通過提高淬火溫度來減少齒輪內(nèi)外溫差的效果不大，淬火溫度控制在80C左右。另外，還可以在火中添加添加劑，提高金屬小齒輪硬度。4.4運用等溫退火技術(shù)近年來，等溫退火技術(shù)在預(yù)熱處理加工中得到了比較廣泛的應(yīng)用，在此背景下熱處理效果也有了很大的提高。對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，等溫退火技術(shù)也是縮短退火周期的重要方法，在穩(wěn)定熱處理變形的過程中也具有重要意義。4.5改善機械加工水平量在加工階段，可以通過反向變形法改善金屬小齒輪熱處理質(zhì)量。通過二次加工和熱處理，解決厚度和形狀不均勻、不對稱的問題，并在熱處理前科學(xué)地調(diào)整齒輪尺寸，使齒輪變形量達到合理的值。金屬小齒輪鍛造時，應(yīng)確保鍛造金屬流線沿齒輪毛坯外部對稱排列，縱向截面流線排列為封閉狀態(tài)，熱處理變形規(guī)律良好，防止齒輪過度變形。為了滿足高速重型機械條件下的齒輪制造要求，鍛造比必須在5以上。通過上述改革加強鍛后熱處理控制，改善金屬小齒輪鍛件質(zhì)量、減小熱處理變形。結(jié)束語綜上所述，在實施熱處理環(huán)節(jié)時，相關(guān)操作人員要對齒輪加工技術(shù)熟練掌握，在清晰影響熱處理變形的主要因素基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對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，這對于企業(yè)綜合競爭能力提升和后續(xù)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有積極意義。參考文獻劉鵬亮，劉興啟，耿建林.齒輪熱處理變形的影響因素及控制措施[J].內(nèi)燃機與配件,2019(21):88-89.趙寧，趙行.變速箱齒輪熱處理的高強度優(yōu)化探討[J].中國金屬通