一种齿轮整体式淬火设备及其工艺的制作方法

本发明涉及齿轮淬火领域，尤其涉及一种齿轮整体式淬火设备及其工艺。

背景技术

众所周知，齿轮是机械设备中关键的零部件，它广泛的用于汽车、飞机、坦克、轮船等工业领域。它具有传动准确、结构紧凑使用寿命长等优点。齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械振动是传递机械动力和运动的一种重要形式、是机械产品重要基础零件。它与带、链、摩擦、液压等机械相比具有功率范围大，传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、尺寸结构小等一系列优点。因此它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件，也是机器中所占比例最大的传动形式。由于齿轮在工业发展中的突出地位，使齿轮被公认为工业化的一种象征。

淬火是把合金加热到固溶体溶解曲线上，保温一段时间，然后以大于临界冷却速度急速冷却，从而得到过饱和固溶体的热处理方法，淬火的目的：强化钢件，充分发挥钢材性能的潜力.如:提高钢件的机械性能，诸如硬度、耐磨性、弹性极限、疲劳强度等，改善某些特殊钢的物理或者化学性能，如增强磁钢的铁磁性，提高不锈钢的耐蚀性等。

淬火是提高材料的强度和硬度，就是材料抗弯曲扭曲变形的能力和抗划痕的能力，可淬火后材料内部有很高的内应力，容易降低材料的疲劳强度（就是材料抵抗中高频率轻微震动产生裂纹的能力），回火可以有效的去处材料的内应力一般根据具体应用不同可以分为淬火+高温回火（就是调质处理）。

减小齿轮热处理变形，提高其加工精度，不仅可以减小齿轮传动系统运行时的噪声及振动，还能有效提高齿轮的使用寿命，齿轮在热处理过程中产生变形是不可避免的，关键是变形要有规律。如果热处理变形数据分散、没有规律、变形波动大，要控制变形就无从下手。

通常齿轮在转动时，实际的齿轮负载是不同的，往往是单向磨损为主，齿轮起耐磨作用的是其淬火层的深度，淬火层厚，然后齿轮耐磨，但是，淬火层太厚容易脆裂。众所周知，齿轮的淬火层深过浅对接触和弯曲承载能力都不利。但淬火层也不是越深越好，最佳或适当的硬化层深度，可使齿面和齿根都具有较高的强度（承载能力）。

齿轮的齿一面是受力重载面，另一面很少在反转的情况下重载，另外，齿轮在一个方向安装后很少反向安装，属于轻载面，现有的加工方法是不管是受力重载面还是轻载面均一起加热，一起淬火，虽然满足了淬火的工艺要求，但是降低了齿轮的质量，锯齿的受力重载面在后续的加工作业中更容易受到磨损，使用寿命减短。

专利号cn201210243890.x公开了一种回转支承齿轮淬火的工艺方法，该发明通过对中频感应器与齿沟之间的耦合间隙、电流透入深度、齿沟线速度、淬火液的温度和浓度等工艺参数的设定和调整，提高了淬火质量，但是该发明对齿轮所有的齿进行淬火加工，一定程度上影响了齿轮的寿命。

本发明的齿轮2的轮齿204由淬火层2041和支撑层2042组成，支撑层2042的厚度大于淬火层2041的厚度，所述淬火层2041包括硬化层204111和高硬表面层20412，所述硬化层204111的厚度大于高硬表面层20412的厚度，所述硬化层204111的硬度向支撑层2042递减，所述高硬表面层20412的硬度向支撑层2042递减，如附图8所示。

本发明通过淬火设备单侧淬火或不均匀淬火达成上述齿轮结构。

基于此，有必要研究一种齿轮淬火设备及其工艺。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种齿轮整体式淬火设备及其工艺，齿轮淬火设备整体式淬火，显著提高产品的质量与产量，加工后的轮齿强度高、耐磨性好及寿命长，承载力高。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种齿轮整体式淬火设备，包括底座以及位于底座上的用于固定齿轮的齿轮定位装置，所述齿轮定位装置上方设置有齿轮淬火设备，所述齿轮淬火设备包括纵向调节固定座以及设置在纵向调节固定座上与齿轮的齿槽相配合的加热装置和喷油冷却装置，所述加热装置和喷油冷却装置通过控制器与用于实时监测齿轮加工状态的齿轮监控系统连接，所述齿轮定位装置将齿轮固定在底座上的平台上，所述控制器根据淬火深度要求控制加热装置和喷油冷却装置调整位置和精度，对齿轮的轮齿负载面整体式进行淬火。

作为优选，所述齿轮定位装置包括夹持齿轮的轴心的夹头，所述夹头的底部设置有定位凸台，所述定位凸台与底座的定位槽固定连接。

作为优选，所述纵向调节固定座包括位于底座一侧的固定座和设置在所述固定座一侧的水平移动滑座，所述滑座滑动连接纵向调节臂，所述纵向调节臂上固定安装有驱动加热装置运行的变压器和监控加热装置与齿槽之间距离的位置传感器。

作为优选，所述喷油冷却装置位于纵向调节臂上，所述喷油冷却装置包括喷油管以及通过管道和喷油管连接的储油箱，所述储油箱和油泵连接。

作为优选，所述加热装置包括环形加热圈以及设置在环形加热圈下与齿轮的齿槽相配合的若干个感应加热器，所述感应加热器与齿轮的轮齿负载面连接。

作为优选，所述轮齿负载面与感应加热器之间的距离设置在1.5mm至2mm。

作为优选，所述控制器包括连接电源、齿轮淬火设备、齿轮监控系统、的控制电路板以及与齿轮淬火设备、齿轮监控系统的控制电路板连接的人机操作面板。

作为优选，所述齿轮监控系统包括摄像头以及和摄像头连接的电子设备，所述摄像头拍摄轮齿在加工热处理过程中的实时状态，并将状态反馈至电子设备上。

一种齿轮整体式淬火工艺，包括以下步骤：

1)定位；齿轮定位装置将待加工的齿轮工件定位在底座上；

2)调整精度；根据齿轮淬火深度要求，调整纵向调节臂上的加热装置和喷油冷却装置的位置，使加热圈上的感应加热器对准齿槽的位置，位置传感器监测感应加热器与齿槽之间间隙；

3)整体式加热；步骤的位置调整完毕，控制器通过变压器控制感应加热器的感应频率及电压、电流输出参数、加热时间、感应加热器的启动、关闭和加热温度，对齿轮的轮齿负载面加热；

4)整体式淬火；步骤加热完毕，控制器控制喷油冷却装置的喷油管对加热过后的轮齿负载面喷洒淬火油，所述控制器控制淬火油的温度，同时控制器能够自动计算齿轮达到马氏体转变温度的时间，并在达到该时间时控制喷油管停止喷淬火油；

5)检查淬火硬度和外表质量，合格后，冷却至室温，用汽油对齿轮进行清洗，涂防锈油，包装入库。

作为优选，所述步骤整体式加热或步骤整体式淬火的工艺进行一次或二次以上。

本发明的有益效果是：

1.整体式淬火，方法简单，操作简单‘

2.该装置生产自动化程度较高，能够精确控制齿轮淬火温度以及齿轮淬火深度，显著提高产品的质量与产量，同时也改善了劳动环境，减轻工人的劳动强度，降低了生产成本，尤其适用于大批量的生产场合；

3.齿轮定位装置防止淬火加热和冷却时剧烈摆动引起变形，起固定作用；

4.提高齿轮表面淬火质量，消除齿轮工件内部微裂变，使齿轮淬硬层与基体间组织过渡平缓，减少组织与硬度突变，尽量减少引发裂纹萌生和扩展的薄弱区和应力区；

5.提高齿面接触精度，防止出现偏载受力作用引起的局部应力集中，可明显减缓裂纹扩展和齿轮断裂危险；

6.轮齿的强度高、耐磨性好及寿命长，承载力高；

7.有效防止齿的硬化层变形量过大，使得高硬表面层发生剥层情况以及淬火层发生脱落断裂情况；

8.高硬表面层能够承受的弹性变形大；

9.硬化层的磨损程度不高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涉及的结构示意图；

图2为本发明涉及的齿轮定位装置3结构示意图；

图3为本发明涉及的齿轮淬火设备4结构示意图；

图4为本发明涉及的齿轮监控系统5结构示意图；

图5为本发明涉及的加热装置与齿轮示意图；

图6为本发明涉及的图5中a部局部放大图；

图7为本发明涉及的齿轮结构示意图；

图8为本发明涉及的齿轮的轮齿结构示意图;

图9为本发明涉及的工艺流程示意图。

图中标号说明：底座1，齿轮2，齿槽201，轮齿负载面202，轴心203，齿轮定位装置3，夹头301，定位凸台302，定位槽303，齿轮淬火设备4，纵向调节固定座401，固定座4011，水平移动滑座4012，纵向调节臂4013，加热装置402，变压器4021，位置传感器4022，环形加热圈4023，感应加热器4024，喷油冷却装置403，喷油管4031，管道4032，储油箱4033，油泵4034，齿轮监控系统5。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

参照图1至图9所示，一种齿轮整体式淬火设备，包括底座1以及位于底座1上的用于固定齿轮2的齿轮定位装置3，所述齿轮定位装置3上方设置有齿轮淬火设备4，所述齿轮淬火设备4包括纵向调节固定座401以及设置在纵向调节固定座401与齿轮2的齿槽201相配合的加热装置402和喷油冷却装置403，所述加热装置402和喷油冷却装置403通过控制器与用于实时监测齿轮加工状态的齿轮监控系统5连接，所述齿轮定位装置3将齿轮2固定在底座1上的平台上，所述控制器根据淬火深度要求控制加热装置402和喷油冷却装置403调整位置和精度，对齿轮2的轮齿负载面202整体式进行淬火。

在本发明实施例中，齿轮定位装置2一方面防止淬火加热和冷却时剧烈摆动引起齿轮变形，另一方面方便根据齿轮要求的淬火深度对齿轮淬火设备4进行位置精度调节，方便齿轮加热和淬火，保证齿轮淬火的精度准确性。

作为优选，所述齿轮定位装置3包括夹持齿轮2的轴心203的夹头301，所述夹头301的底部设置有定位凸台302，所述定位凸台302与底座1的定位槽303固定连接。

夹头301夹持齿轮的轴心203，其中夹头301包括夹爪、夹头主体和螺母套，其夹头主体于伸出螺母套的后端边缘设有压边；压边有三段，均布于夹头主体后端的圆周上。夹头的结构参考专利cn02218408.2公开的钻夹头的压边防脱落装置。在本发明实施例中，通过夹爪夹持齿轮的轴心203固定齿轮2，该齿轮定位装置3固定齿轮2，方便齿轮的轮齿204的倾斜角度、旋向、张口大小、齿轮齿形在加工时的精度。

作为优选，所述纵向调节固定座401包括位于底座1一侧的固定座4011和设置在所述固定座4011一侧的水平移动滑座4012，所述滑座4012滑动连接纵向调节臂4013，所述纵向调节臂4013上固定安装有驱动加热装置402运行的变压器4021和监控加热装置402与齿槽201之间距离的位置传感器4022。

在本发明实施例中，位置传感器4022感应齿轮2的齿槽201与感应加热器4024之间的间隙。

作为优选，所述喷油冷却装置403位于纵向调节臂4013上，所述喷油冷却装置403包括喷油管4031以及通过管道4032和喷油管4031连接的储油箱4033，所述储油箱4033和油泵4034连接。

作为优选，所述加热装置402包括环形加热圈4023以及设置在环形加热圈4023下与齿轮2的齿槽201相配合的若干个感应加热器4024，所述感应加热器4024与齿轮2的轮齿负载面202连接。

作为优选，所述轮齿负载面202与感应加热器4024之间的距离设置在1.5mm至2mm。

作为优选，所述控制器包括连接电源、齿轮淬火设备4、齿轮监控系统5、的控制电路板以及与齿轮淬火设备4、齿轮监控系统5的控制电路板连接的人机操作面板。

在本发明实施例中，调整变压器4021或感应加热器4024的感应频率及电压、电流输出参数，感应加热器4024的工作频率取决于淬火深度，取的电流透入深度是淬火层深度的2倍，控制器控制感应加热器4024的感应频率及电压、电流输出参数，该控制器能够控制感应加热器4024的启动、关闭和加热温度。

作为优选，所述齿轮监控系统5包括摄像头以及和摄像头连接的电子设备，所述摄像头拍摄轮齿在加工热处理过程中的实时状态，并将状态反馈至电子设备上。

一种齿轮整体式淬火工艺，包括以下步骤：

101、定位；齿轮定位装置将待加工的齿轮工件定位在底座上；

102、调整精度；根据齿轮淬火深度要求，调整纵向调节臂上的加热装置和喷油冷却装置的位置，使加热圈上的感应加热器对准齿槽的位置，位置传感器监测感应加热器与齿槽之间间隙；

103、整体式加热；步骤2的位置调整完毕，控制器通过变压器控制感应加热器的感应频率及电压、电流输出参数、加热时间、感应加热器的启动、关闭和加热温度，对齿轮的轮齿负载面加热；

104、整体式淬火；步骤3加热完毕，控制器控制喷油冷却装置的喷油管对加热过后的轮齿负载面喷洒淬火油，所述控制器控制淬火油的温度，同时控制器能够自动计算齿轮达到马氏体转变温度的时间，并在达到该时间时控制喷油管停止喷淬火油；

105、检查淬火硬度和外表质量，合格后，冷却至室温，用汽油对齿轮进行清洗，涂防锈油，包装入库。

作为优选，所述步骤3整体式加热或步骤4整体式淬火的工艺进行一次或二次以上。

具体实施例：

在实际使用中，齿轮定位装置3将待加工的齿轮工件定位在底座上，位置传感器监测感应加热器与齿槽之间间隙，根据齿轮淬火深度要求，调整纵向调节臂上的加热装置和喷油冷却装置的位置，使加热圈上的感应加热器对准齿槽的位置，调整完毕，控制器通过变压器控制感应加热器的感应频率及电压、电流输出参数、加热时间、感应加热器的启动、关闭和加热温度，对齿轮的轮齿负载面加热，加热完毕，控制器控制喷油冷却装置的喷油管对加热过后的轮齿负载面喷洒淬火油，所述控制器控制淬火油的温度，同时控制器能够自动计算齿轮达到马氏体转变温度的时间，并在达到该时间时控制喷油管停止喷淬火油，用户根据需要增加加热和淬火的次数，加热和淬火完毕，检查齿轮的淬火硬度和外表质量，合格后，冷却至室温，用汽油对齿轮进行清洗，涂防锈油，包装入库。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。