一种渗碳齿轮脉动压力淬火工装和工艺的制作方法

本发明属于齿轮淬火技术领域，具体涉及一种渗碳齿轮脉动压力淬火工装和工艺。

背景技术：

齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件。齿轮通过与其它齿状机械零件传动，可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能。本发明对象为齿轮直径≥φ300mm(见图2)，内孔圆柱部位高于齿面，材料为12crni3a等高合金渗碳钢，外齿渗碳，内孔花键在淬火后加工，淬火阶段均留有少量的精加工量，渗碳后直接进行淬火处理。由于渗碳温度在930℃左右，保温时间在10h左右，其渗碳变形较大，导致后续淬火和机加均受到影响，甚至致使齿轮报废，增加齿轮的生产成本。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便，装卸模方便，生产效率高，使用寿命长的渗碳齿轮的脉动压力淬火工装和工艺，它对≥φ300mm带高台阶内孔的渗碳齿轮有良好的矫形效果，能够保证齿轮的淬火质量。

本发明采用的技术方案是：一种渗碳齿轮脉动压力淬火工装，包括外底座和压环和顶杆，外底座内安装芯模；所述芯模包括内底座、多个滑块，所述的内底座中心处设有一个阶梯孔，阶梯孔上大下小；所述的多个滑块沿圆周方向均匀布置在阶梯孔的台阶面上，围成一个凹模，凹模中心孔顶部为圆锥形，下部为圆形的阶梯孔；滑块通过滑动螺栓与内底座连接，滑动螺栓中部的滑动部置于内底座侧壁的螺栓孔内，滑动螺栓的螺纹端与滑块连接，滑动螺栓上套装有弹簧，弹簧的两端分别连接内底座和滑块；所述的压环用于压紧齿轮；顶杆底部为锥形，位于凹模正上方。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述的压环包括环形的内压环和外压环，内压环和外压环同轴，内压环位于外压环和顶杆之间。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述外底座顶面上多个凸起块和两个起吊螺栓孔，多个凸起块沿圆周方向均匀布置，位于外压环的正下方。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述内底座顶面上设有多个凸块，多个凸块沿圆周方向均匀布置，用于支撑齿轮内孔处。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述滑块外圆柱面上设有若干方形槽，方形槽沿着滑块的母线设置。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述滑块采用20cr2ni4a合金钢制成，滑块基体硬度为43hrc，滑块表面的硬度≥59hrc；所述滑块顶部的锥面的精度高于it6级，粗糙度≤ra0.8。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述滑动螺栓采用合金钢制成，滑动螺栓的硬度为43hrc。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述顶杆采用中碳合金钢制成，顶杆的硬度为32hrc，顶杆底部的锥面经过感应淬火处理，硬度≥56hrc；所述顶杆底部的锥面经过磨削处理，精度高于it6级，粗糙度≤ra0.8。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述内压环底面上设有多个方形槽，方形槽贯穿内压环，多个方形槽沿圆周方向均匀布置；内压环中部位开设有多个圆孔，多个圆孔位于同一水平面内，且沿圆周方向均匀布置，内压环的顶部设有多个用于与淬火机床的油压机连接的螺纹孔。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装中，所述外压环底面上设有多个方形槽，方形槽贯穿外压环，多个方形槽沿圆周方向均匀布置；外压环中部位开设有多个圆孔，多个圆孔位于同一水平面内，且沿圆周方向均匀布置，外压环的顶部设有多个用于与淬火机床的油压机连接的螺纹孔。

一种利用上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工装的渗碳齿轮脉动压力淬火工艺，包括如下加工步骤：

1）对齿轮渗碳处理，渗碳处理时，齿轮装炉方式为单层平放；

2）先将渗碳齿轮的脉动压力淬火工装安装在格里森淬火压床上，将顶杆、内压环和外压环分别与格里森淬火压床三个独立的油压机连接；然后设置机床压淬参数；

3）先将齿轮加热至800-820℃并保温40-90min，取出红热状态齿轮套入芯模，启动压床，喷油淬火；渗碳齿轮的脉动压力淬火工装的顶杆和滑块作用，限对齿轮的内孔定位；内压环作用于齿轮内孔上端面，矫正齿轮内孔处的平面度；外压环作用于齿轮齿部上端面，矫正齿轮齿部的平面度；

4)渗碳齿轮的脉动压力淬火工装和齿轮冷却后，将渗碳齿轮的脉动压力淬火工装从淬火压床取出，并将齿轮从芯模上取出，采用水喷砂的方式去除油污后转精加工。

上述的渗碳齿轮脉动压力淬火工艺中，步骤2）中，机床压淬的具体参数为：施加于顶杆的压力7200lbs，恒压；施加于内压环的压力4800lbs、脉动频率20hz；施加于外压环的压力7200lbs、脉动频率20hz；保压时间为1min；油流量为1041l.min。

上述的碳齿轮脉动压力淬火工艺中，步骤3）中内压环和外压环对齿轮的施压起始时间相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1）本发明结构简单，操作方便，本发明的内底座上设有凸块、外底座上设有多个凸起块，在限位齿轮平面度的同时有利于油的流动，能够保证齿轮的淬火效果；本发明的外底座上设有起吊螺栓孔，便于安装和拆卸；本发明的滑块与内底座之间设有弹簧，顶杆上升时，滑块将自动收缩，使之与齿轮内孔形成间隙，便于卸料；本发明的滑块外圆柱面上设有若干沿着母线设置的方形槽，在具备矫形效果的同时有利于油的流动，进一步保证了齿轮的淬火效果。

2）本发明的滑块和滑动螺栓采用合金钢制成，它们的基体硬度为43hrc，具有良好的强韧性；滑块外表面经渗碳处理，滑块外表面硬度≥59hrc，耐磨性好，使用寿命长。本发明的顶杆底部的锥面经过感应淬火处理，硬度≥56hrc，耐磨性好，使用寿命长。

3）本发明的滑块内斜锥面和顶杆外斜锥面经过磨削处理，精度高于it6级，粗糙度≤ra0.8，消除工装制造误差对矫形效果的影响，保证了齿轮矫形精度。本发明的压环的内压环、外压环下侧开设有方形槽，中部开设有圆孔，使得本发明具有矫形效果的同时有利于油的流动，可保证齿轮的淬火效果。

4）本发明的内压环、外压环上分别设有螺栓孔，螺栓孔的角度和尺寸固定，便于内压环、外压环的安装和拆卸；内压环和外压环的脉动频率一致且施压的起始时间相同，施压过程可矫正齿圈的变形，泄压过程有利于淬火内应力释放和尺寸稳定；本发明内压环和外压环的脉动频率一致且施压的起始时间相同，施压过程可矫正齿圈的变形，泄压过程有利于淬火内应力释放和尺寸稳定。

附图说明

图1为本发明的齿轮脉动压力淬火工装剖视结构示意图。

图2为本发明的滑块组成的凹模的俯视图。

图3为本发明的滑块组成的凹模的半剖视结构示意图。

图4为本发明的滑动螺栓结构示意图。

图5为本发明的内底座俯视结构示意图

图6为本发明的内底座剖视结构示意图

图7为本发明的外底座俯视结构示意图

图8为齿轮的结构示意图

图中：1、外底座；11、凸起块；2、内底座；21、凸块；22、螺栓孔；3、滑块；31、螺纹孔；32、方形槽；4、弹簧；5、滑动螺栓；6、压环；62、外压环；61、内压环；8、顶杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1-7所示，本发明包括外底座1和压环6和顶杆8，所述外底座1顶面上多个凸起块11和两个起吊螺栓孔12，多个凸起块11沿圆周方向均匀布置，用于支撑齿轮齿部。两个起吊螺栓孔12配合起吊螺栓，便于吊装。所述的外底座1内安装芯模，所述芯模包括内底座2和六个滑块3，所述的内底座2中心处设有一个阶梯孔，阶梯孔上大下小，内底座的侧壁上设有六个螺栓孔22，螺栓孔22为光孔，六个螺栓孔22沿圆周方向均匀布置。所述的多个滑块3沿圆周方向均匀布置在阶梯孔的台阶面上，围成一个凹模，凹模中心孔顶部为圆锥形，下部为圆形的阶梯孔；滑块3通过滑动螺栓5与内底座2连接，滑动螺栓5中部的滑动部51置于内底座2侧壁的螺栓孔内，滑动螺栓5的螺纹端52与滑块3连接，滑动螺栓5上套装有弹簧4，弹簧4的两端分别连接内底座2和滑块3。所述的顶杆8底部为锥形，位于凹模正上方。顶杆8下行，能够通过与凹模顶部的锥形孔配合，使得凹模的直径扩张，以固定齿轮的内孔。

所述滑块3的外圆柱面上设有若干方形槽32，方形槽32沿着滑块3的母线设置，这使得滑块3在具备对齿轮矫形的基础上，便于油的流动，保证齿轮的淬火效果。所述滑块3采用20cr2ni4a合金钢制成，滑块3的基体硬度为43hrc，滑块3的表面的硬度≥59hrc；所述滑动螺栓5采用合金钢制成，滑动螺栓5的硬度为43hrc。这保证了滑块3和滑动螺栓5的韧性，并保证了滑块3的耐磨性。所述滑块3顶部的锥面的精度高于it6级，粗糙度≤ra0.8。所述顶杆8采用中碳合金钢制成，顶杆的硬度为32hrc，顶杆底部的锥面经过感应淬火处理，硬度≥56hrc；保证了顶杆8的韧性和耐磨性。所述顶杆8底部的锥面经过磨削处理，精度高于it6级，粗糙度≤ra0.8。消除工装制造误差对矫形效果的影响，保证了齿轮矫形精度。

所述的压环6包括环形的内压环61和外压环62，内压环61和外压环62同轴，内压环61位于外压环62和顶杆8之间。所述内压环61底面上设有多个方形槽，方形槽贯穿内压环61，多个方形槽沿圆周方向均匀布置；内压环61中部位开设有多个圆孔63，多个圆孔63位于同一水平面内，且沿圆周方向均匀布置。所述外压环62底面上设有多个方形槽，方形槽贯穿外压环6，多个方形槽沿圆周方向均匀布置；外压环62中部位开设有多个圆孔64，多个圆孔64位于同一水平面内，且沿圆周方向均匀布置。外压环62和内压环61顶部分别设有多个用于与淬火机床的油压机连接的螺纹孔。内压环61和外压环62上的方形槽和圆孔使得油的流动性好，可保证齿轮的淬火效果。外压环62底部压在齿轮的齿部。

本发明的渗碳齿轮脉动压力淬火工艺，包括如下加工步骤：

1）齿轮在淬火前先进行渗碳处理，齿轮装炉方式为单层平放；

2）淬火前，先将渗碳齿轮的脉动压力淬火工装安装在格里森淬火压床上，将内压环61、外压环62和顶杆8分别与格里森淬火压床三个独立的油压机连接；外底座1安装于淬火机床的工作台上，内底座2、滑块3、弹簧4和滑动螺杆5组装后安装在外底座1内。然后设置机床压淬参数，机床压淬的具体参数为：施加于顶杆8的压力7200lbs(磅)、恒压；施加于内压环61的压力4800lbs、脉动频率20hz；施加于外压环62的压力7200lbs、脉动频率20hz；保压时间为1min；油流量为1041l.min。

3）淬火时，先将齿轮加热至800-820℃并保温40-90min，使之完全奥氏体化，消除块状铁素体形成的可能，保证后续淬火过程显微组织能充分转变为马氏体；取出红热状态齿轮套入芯模，启动压床，喷油淬火；顶杆8和芯模滑块3作用，限位齿轮内孔尺寸并定位齿轮；内压环61作用于齿轮内孔上端面，矫正齿轮内孔处的平面度；外压环61作用于齿轮齿部上端面，矫正齿轮齿部的平面度。所述内压环61和外压环62对齿轮的施压起始时间相同。

4)渗碳齿轮的脉动压力淬火工装和齿轮冷却后，将渗碳齿轮的脉动压力淬火工装从淬火压床取出，并将齿轮从芯模上取出，采用水喷砂的方式去除油污后转精加工。