减少齿轮齿向角度变动量的热处理方法与流程

本发明涉及一种汽车变速箱齿轮热处理领域的技术，具体是一种减少齿轮齿向角度变动量的热处理方法。
背景技术：
：在汽车变速箱齿轮生产过程中，热处理是非常重要的一个环节。齿轮在渗碳淬火后可获得良好的耐磨性和抗疲劳性能，但同时也不可避免的会出现热处理变形，这将直接影响到齿轮的传动效率、nvh和使用寿命等。现有热处理技术一般将齿轮升温至900℃以上的高温进行渗碳，这会导致齿轮热处理过程中产生较大的畸变，故通常需要在热处理后设置精加工工序进行修正，但仍可能会影响到齿轮的精度等级和力学性能。在众多的齿轮精度指标中，齿向角度误差对热处理极为敏感，如果热处理工艺控制不当，热处理后的齿轮齿向角度误差的不合格率可达50％以上。技术实现要素：本发明针对现有技术存在的上述问题，提出一种减少齿轮齿向角度变动量的热处理方法，从预热、渗碳、淬火参数等入手优化热处理工艺，在保证热处理金相指标基本不变的前提下，提高齿轮齿向角度误差的合格率。本发明是通过以下技术方案实现的：本发明通过将齿轮易变形区域外设置一与齿轮减重槽相匹配的衬环，经预热后进行渗碳和淬火实现热处理。所述的易变形区域是指：减重槽区域。所述的衬环的形状与齿轮环形减重槽相匹配且其侧边设有间隙。所述的衬环与齿轮减重槽的单侧间隙为0.6-1.0mm。所述的预热，其温度为400-450℃。所述的渗碳，优选采用可控气氛箱式多用炉并采用氮甲醇气氛、丙烷作为富化气。所述的渗碳，优选渗碳温度范围为830-850℃。所述的淬火，优选为渗碳后先静置，再进行搅拌；进一步优选在油池中静置10-20s不搅拌后再以600-900rpm搅拌580-600s。所述的淬火，优选采用的淬火工艺通过淬火油温以及油池搅拌电机转速控制，其中淬火油温为130-150℃，淬火油冷却能力大于70℃/s，油池搅拌电机转速为600-900rpm。技术效果与现有技术相比，本发明改进了传统的三段式(高温渗碳、高温扩散、低温淬火)热处理渗碳模式，采用单段式低温热处理，避免了高温渗碳造成的热变形，控制淬火油温和搅拌电机转速以降低淬火变形，并辅以外加衬环，在保证热处理金相指标基本不变的前提下，很好的控制了齿轮的齿向角度变动量，无需热处理前预留反变形量和热处理后精加工修正，降低了齿轮的报废率。附图说明图1为实施例1热处理齿轮及其衬环；图2为实施例2热处理齿轮及其衬环；图3为实施例3热处理齿轮；图中：a为热处理齿轮，b为衬环。具体实施方式实施例1如图1a所示为本实施案例选用的热处理齿轮，齿轮基本尺寸为：外径φ107.8mm，孔径φ46.8mm，减重槽深11mm，宽15mm，减重槽处齿轮壁厚为6mm。由于减重槽区域壁厚变化易造成齿轮热处理变形，影响齿轮精度。齿轮材料为20mncr5，重量1.1kg，渗碳层深度要求为：550hv1:0.50-0.70mm，渗碳层金相组织为1-4级的碳化物，1-5级的残余奥氏体，热处理后齿面不进行精加工，齿向角度误差要求11μm以内。齿轮装架时，将图1b所示的衬环置于料架上，再将图1a所示齿轮放于衬环之上，使齿轮减重槽区域与衬环相匹配，利用齿轮自身重量保证稳定性，用于减少热处理时减重槽区域的热变形。衬环与减重槽的单侧间隙为1.0mm。热处理前需对齿轮预热，预热温度为420℃，时间为30分钟以上。预热后对齿轮进行渗碳、淬火，我们选择了如下表所示的4组参数进行满炉热处理，淬火油温设置为130℃，通过改变油池搅拌电机的转速及搅拌时间来控制齿轮的淬火。方案序号渗碳温度/℃淬火搅拌转速及时间1840600s900rpm搅拌284010s不搅拌+590s800rpm搅拌385010s不搅拌+590s800rpm搅拌485020s不搅拌+580s800rpm搅拌热处理后测量不同方案的减重槽直径和齿向角度误差，结果如下表所示：与本发明实施前的测量结果对比，不同热处理方案的齿轮齿轮齿向角度变动量合格率均大幅提升，降低了齿轮的报废率，改善了热处理齿轮由于减重槽区域壁厚变化造成的齿轮热处理变形问题。对比4组热处理方案的结果，渗碳温度的提高和淬火搅拌速度的加快均会导致齿轮齿向角度误差合格率的下降，根据热处理结果，方案2结果最优。不外加辅助衬环，以方案2热处理参数进行满炉热处理，记为方案5，结果如下表。仅通过热处理工艺的调整，齿向角度误差的合格率也是有所提高的，但由于减重槽处的齿轮壁厚比槽的深度要更小，若不用衬环加以支撑补偿，热处理时易产生变形，影响齿轮精度。实施例2如图2a所示为本实施案例选用的热处理齿轮，齿轮基本尺寸为：外径φ141.6mm，孔径φ49.8mm，减重槽深6mm，宽25mm，减重槽处的壁厚为10mm。齿轮整体较为扁平，壁厚变化相对较小。齿轮材料为20mncr5，重量1.5kg，渗碳层深度要求为：550hv1:0.50-0.70mm，渗碳层金相组织为1-4级的碳化物，1-5级的残余奥氏体，热处理后齿面不进行精加工，齿向角度误差要求12μm以内。齿轮装架时，将图2b所示的衬环置于料架上，再将图2a所示齿轮放于衬环之上，使齿轮减重槽区域与衬环相匹配，利用齿轮自身重量保证稳定性，用于减少热处理时减重槽区域的热变形。衬环与减重槽的单侧间隙为0.8mm。热处理前需对齿轮预热，预热温度为450℃，时间为30分钟以上。预热后对齿轮进行渗碳、淬火，我们选择了如下表所示的4组参数进行满炉热处理，淬火油温设置为140℃，通过改变油池搅拌电机的转速及搅拌时间来控制齿轮的淬火。热处理后测量不同方案的减重槽直径和齿向角度误差，结果如下表所示：与本发明实施前的测量结果对比，不同热处理方案的齿轮齿轮齿向角度变动量合格率均大幅提升，降低了齿轮的报废率，改善了热处理齿轮由于减重槽区域壁厚变化造成的齿轮热处理变形问题。对比4组热处理方案的结果，方案1-3的结果较为相近，方案3与方案1和方案2相比增加了淬火时的不搅拌时间，相对而言减缓了刚淬火时的冷却速度，有利于减小淬火应力。不外加辅助衬环，以方案3热处理参数进行满炉热处理，记为方案5，结果如下表。仅改善热处理工艺，齿向角度误差的合格率与使用外加衬环的结果相差不大，热处理齿轮减重槽处的壁厚大于减重槽深度，热处理时对齿轮精度的影响较小。实施例3如图3所示为本实施案例选用的热处理齿轮，齿轮基本尺寸为：外径φ82.8mm，孔径φ49.8mm。齿轮结构较为简单，无壁厚变化明显的部分，齿轮材料为20mncr5，重量0.64kg，渗碳层深度要求为：550hv1:0.50-0.70mm，渗碳层金相组织为1-4级的碳化物，1-5级的残余奥氏体，热处理后齿面不进行精加工，齿向角度误差要求11μm以内。热处理前需对齿轮预热，预热温度为420℃，时间为30分钟以上。预热后对齿轮进行渗碳、淬火，我们选择了如下表所示的4组参数进行满炉热处理，淬火油温设置为130℃，通过改变油池搅拌电机的转速及搅拌时间来控制齿轮的淬火。热处理后测量不同方案的齿向角度误差，结果如下表所示：与本发明实施前的测量结果对比，不同热处理方案的齿轮齿轮齿向角度变动量合格率均有所提升，降低了齿轮的报废率，对于结构简单、壁厚均匀的齿轮也可以通过热处理工艺的调整来改善热变形的问题。对比4组热处理方案的结果，我们优选方案3为此齿轮的优化工艺。热处理变形主要来自齿轮的热应力与组织应力，而对于渗碳齿轮钢来说，热变形主要是由齿轮高温加热产生的热应力所引起的。将齿轮先预热至400-450℃再转移至主炉渗碳，有利于齿轮平缓升温至渗碳温度，若预热温度过低则起不到预热的效果，若预热温度过高则又会导致齿轮表面产生严重的氧化。传统的渗碳淬火模式是先将齿轮加热至900℃左右进行渗碳扩散，然后将温度降至淬火温度保温后进行淬火，本发明采用恒温渗碳淬火模式，大大避免了高温下渗碳扩散的热应力对齿轮变形的影响，虽然低温下的渗碳效率有所下降，但是由于省去了热处理过程中加热至渗碳温度和降温至淬火温度的时间，所以整体的热处理生产时间并未加长。而在保证金相指标合格的前提下，调整淬火油温和油池搅拌速率，在合理范围内提高淬火油温，采用低的搅拌转速，也有助于改善齿轮的热变形问题。此外，对于一些由于结构原因本身就容易变形的齿轮来说，可通过外加限制工装来防止齿轮在热处理过程中变形，一方面对易变形区域起到了支撑作用，另一方面是在外加工装后对齿轮结构进行了补偿，可以减少齿轮结构尺寸的突变，改善齿轮由于结构变化导致淬火时局部冷速不同产生变形的问题。由上述实施例，在优化热处理工艺参数之后齿轮的齿向角度变动量合格率大幅提升，并且对于结构易变形的齿轮辅以相应的外加补偿工装，改善了齿轮变形的问题，减少了产品的报废。上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。当前第1页12