一种减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法与流程

本发明涉及一种斜齿轮的加工方法，尤其是一种减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，属于齿轮加工技术领域。

背景技术：

斜齿轮通常采用滚齿、铣齿、插齿等粗加工方法。齿轮齿部精加工采用精磨齿以保证齿轮精度要求。齿轮渗碳淬火后，表面形成高硬度又耐磨的渗碳层，心部整体淬火具有较高的强度和冲击韧性，齿轮整体渗碳淬火后具有优良的综合机械性能。

渗碳淬火工艺加热慢，生产周期长，成本较高。由于斜齿轮长期在900~950℃左右高温下，齿轮的刚性降低，齿轮齿部变形无法在长时间热处理过程中无法控制，在高温下产生较大的畸变，导致轮齿后续加工后层深上下不均匀，硬度偏差大甚至出现变形过大产生黑皮大幅增加磨量，带来磨齿成本较高甚至由于变形过大齿面达不到要求而产生报废。

技术实现要素：

本发明针对上述提出的技术问题，提出一种减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，根据斜齿轮渗碳热处理规律及特点对加工工艺进行改进，以减少斜齿轮渗碳淬火齿向变形，提高齿轮齿面加工质量和生产效率，降低齿轮制造成本，实现齿轮精密热处理。

本发明解决以上技术问题的技术方案是:提供一种减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，包括以下步骤:在齿轮进行渗碳淬火前对斜齿轮加工预留反变形的螺旋角变量β'，即在渗碳淬火工序前斜齿轮的加工螺旋角等于在设计螺旋角β的基础上减去反变形的螺旋角变量β'；所述螺旋角变量β'通过在滚齿或插齿工序中根据齿轮的设计螺旋角β、齿轮的齿向有效分析范围h以及齿向热处理变形量m进行设定，所述齿向热处理变形量m=（x+y）/2，所述x为左齿向最大变化值，y为右齿向最大变化值；所述螺旋角变量β'的计算表达式为β'=arctg（m/h）。

本发明的进一步限定技术方案，前述的的减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，当所述设计螺旋角β＜10°时，齿轮的齿向有效分析范围h≤100mm，预留反变形的螺旋角变量β'=0。

前述的减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，所述齿向热处理变形量m≥0.04mm；当齿向热处理变形量m＜0.04mm时，由于变形量较小，可以不用设定反变形的螺旋角变量β'，产生的齿向热处理变形量通过渗碳淬火工序后的齿轮精加工即可修正畸变量。

进一步的，前述的减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，所述加工方法用于轨道车辆传动系统的齿轮加工。

本发明有益效果是:本发明利用反变形规律，通过螺旋角变量抵消热处理产生的畸变量。齿轮渗碳淬火后螺旋角达到工序要求，保证了后续精加工齿向齿轮渗碳淬火后上下段变形就不会超差，减少后续精加工的工作量，降低了渗碳层的切削量，保证了后续磨齿质量，大幅减少斜齿轮不良率甚至避免废品产生。

附图说明

图1为本发明示意图。

图1中：线条a为渗碳淬火后齿向变化线；虚线b为左右齿向理论线；线条c热后齿向变化的最大值；箭头线条d为齿宽方向；角度β'螺旋角热后变化值。

图2为实施例1渗碳淬火后齿轮检测报告。

图3为实施例2热处理前齿轮检测报告。

图4为实施例2热处理后齿轮检测报告。

具体实施方式

实施例1

本实施例公开一种用于轨道车辆传动系统的减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，包括以下步骤:①齿轮锻造②高温正火高温回火③半精车④滚齿或插齿⑤渗碳淬火⑥精加工车⑦磨齿⑧清洗检查。

在齿轮进行渗碳淬火工序前对斜齿轮加工预留反变形的螺旋角余量β'，即在渗碳淬火工序前斜齿轮的加工螺旋角等于在设计螺旋角β的基础上减去反变形的螺旋角余量β'；所述螺旋角余量β'通过在滚齿或插齿工序中根据齿轮的设计螺旋角β、齿轮的齿向有效分析范围h以及齿向热处理变形量m进行设定，所述螺旋角余量β'的计算表达式为β'=arctg（m/h）,齿向热处理变形量m≥0.04mm;当所述设计螺旋角β＜10°时，齿轮的齿向有效分析范围h≤100mm，预留反变形的螺旋角余量β'=0。

本实施例渗碳淬火后齿轮检测报告如图2所示，齿轮参数如下：模数12、齿数67、螺旋角9°（左旋）、压力角20°、齿宽252mm，报告分析齿向有效分析范围h＝226.8－25.2＝201.6mm＞100mm，在报告中可得齿向热处理变形fhβ螺旋角偏差平均值m＞0.04mm。m＝(0.0397＋0.0504)÷2＝0.04505mm。

β′＝arctg（0.04505/201.06＝0.01274°）≒46″(热后变形螺旋角误差，偏大）；故渗碳淬火热处理前齿轮加工齿轮螺旋角应为9°－46″＝8°59′14″（左旋），从热处理后齿向变形检测报告可得，可以消除渗碳淬火后齿轮齿向螺旋角变形误差。

如齿向有效分析范围h≤100mm,则由上可得m≒0.04505/2＝0.022525mm,热处理前齿轮加工不对螺旋角进行修正，因为m＜0.04mm。

实施例2

本实施例公开一种用于轨道车辆传动系统的减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，包括以下步骤:①齿轮锻造②高温正火高温回火③半精车④滚齿或插齿⑤渗碳淬火⑥精加工车⑦磨齿⑧清洗检查。

本实施例的齿轮参数如下：齿轮模数9、齿数106、螺旋角4°（左旋）、压力角20°、齿宽170mm，根据检测报告分析齿向有效范围h＝153－17＝136mm＞100mm，热处理前齿轮切齿加工上β＜10°，齿宽＞100mm，故m≒(0.03～0.04)×(170÷100)≒0.051～0.68mm；m取中间值0.0595mm；则β′＝arctg(m/h)＝arctg(0.0595/136)≒1′30″;所以热前齿轮加工螺旋角应为4°－1′30″＝3°58′30″。热处理前齿轮加工螺旋角已作修改（3°58′30″）后齿轮检测报告图3所示，渗碳淬火后齿轮检测报告图4所示。

从上述实例可以证明：利用反变形规律，通过螺旋角变量抵消热处理产生的畸变量。齿轮渗碳淬火后螺旋角达到工序要求，保证了后续精加工齿向齿轮渗碳淬火后上下段变形就不会超差，减少后续精加工的工作量，降低了渗碳层的切削量，保证了后续磨齿质量，大幅减少斜齿轮不良率甚至避免废品产生。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种减少斜齿轮渗碳淬火变形的加工方法，包括以下步骤:在齿轮进行渗碳淬火前对斜齿轮加工预留反变形的螺旋角变量β'，即在渗碳淬火工序前斜齿轮的加工螺旋角等于在设计螺旋角β的基础上减去反变形的螺旋角余量β'；所述螺旋角变量β'通过在滚齿或插齿工序中根据齿轮的设计螺旋角β、齿轮的齿向有效分析范围H以及齿向热处理变形量M进行设定。本发明利用反变形规律，通过螺旋角变量抵消热处理产生的畸变量。齿轮渗碳淬火后螺旋角达到工序要求，保证了后续精加工齿向齿轮渗碳淬火后上下段变形就不会超差，减少后续精加工的工作量，降低了渗碳层的切削量。

技术研发人员：陆堰龙;晁国强;章正晓;陈强;黄俊
受保护的技术使用者：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司
技术研发日：2018.07.25
技术公布日：2019.01.04