一种内齿轮热处理装置及方法
【专利说明】一种内齿轮热处理装置及方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及到一种内齿轮热处理装置及方法，特别是涉及到一种装载机驱动桥上面的内齿轮的热处理装置及方法，属于内齿轮的加工技术领域。
【背景技术】
[0003]在装载机、压路机、轮式挖掘机等重型车辆及其它大型工程车辆上，一般需要设置轮边减速器。由于大型工程车辆和重型车辆的作业环境通常都比较恶劣，轮边减速器容易出现故障，特别是轮边减速器中的内齿轮，容易出现打齿及上口开裂等问题，因此要求该内齿轮的基体及齿面的硬度高、耐冲击，并且在淬火时尽量减少变形，保证硬度和强度。
[0004]传统的内齿轮热处理装置属于现有技术，例如在文献CN202208741U中公开了一种内齿轮卧式单齿连续感应淬火装置，包括感应器、同齿定位装置、内齿轮分度装置，其特征在于，还设有感应器运动装置，所述感应器运动装置由感应器的水平运动装置和垂直运动装置构成，所述感应器的水平运动装置包括左右滑块、丝杆1、伺服电机I和支架I，所述左右滑块的形状为倒放的“T”形，左右滑块的右端内部设有与丝杆I相配的丝母，所述支架I固定在淬火机床床身上，伺服电机I安装在支架I上，左右滑块的右端水平面放置在淬火机床床身的导轨上，所述伺服电机I的输出端通过联轴器与丝杆I联接在同一轴线上，所述丝杆I与丝母相配联接；所述感应器的垂直运动装置包括上下滑块、丝杆I1、伺服电机II和支座，所述上下滑块的上端内部设有与丝杆II相配的丝母，所述伺服电机II通过支座固定在左右滑块的垂直面上，所述伺服电机II通过联轴器与丝杆II联接在同一轴线上，所述丝杆II与丝母相配联接；所述同齿定位装置固定在垂直运动装置的上下滑块的下平面，所述感应器与同齿定位装置固定连接；所述内齿轮的分度装置包括左托辊装置和右托辊装置，左托辊装置的结构与右托辊装置的结构完全相同，包括伺服电机、分度辊和支座，所述伺服电机的输出端设有皮带轮，分度辊的左端相应位置设有分度轮，所述支座固定在淬火机床床身的侧面上，伺服电机安装在支座上，分度棍由两个相同的支架II支撑，支架II固定在淬火机床床身的水平面上，所述皮带轮通过皮带与分度轮相连。
[0005]文献CN 203451569U公开了一种内齿轮中频淬火夹具，包含两块镜像设置的夹具1，该夹具I之间通过销轴2转动配合，所述两块夹具I的接触面之间设有与内齿轮外圆面相贴合的圆弧形夹槽，所述夹具I与销轴2相对的一端向外延伸出凸台，该凸台的端面上安装有快速夹具3，所述的快速夹具3包含固定底座31，该固定底座31安装在其中的一个夹具I的端面上，其上下两侧分别安装有固定架板32，该固定架板32之间设有扣座33，该扣座33通过转轴34与固定架板32转动配合，所述扣座33的中部向内弯出垂直折板，该折板的中部开设有螺孔，该螺孔内旋接有固定杆35，所述固定杆35的另一端向内弯出弯钩36，该弯钩36钩在固定卡座37上，所述的固定卡座37安装在另一个夹具I的端面，与固定底座31的位置相对应。
[0006]文献CN103924043A公开了一种内齿轮热处理方法，所述内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，所述半轴安装孔从所述齿圈座延伸出，所述内齿圈由内齿、外圈和端面构成，所述内齿轮通过以下步骤进行热处理:(a).对所述内齿轮的齿面进行淬火；(b).对所述内齿圈的所述外圆和所述端面进行淬火；(c).使所述外圆和所述端面在空气中自然冷却；(d).和所述端面进行回火处理；以及(e).回火处理后自然冷却；其中步骤(a)可在步骤(b)之前或之后进行。还公开了一种用于对内齿轮进行热处理的热处理设备，所述内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，所述半轴安装孔从所述齿圈座延伸出，所述内齿圈由内齿、外圈和端面构成，所述热处理设备包括:用于对所述内齿轮的齿面进行淬火的第一淬火装置；以及用于对所述内齿圈的所述外圆和所述端面进行淬火的第二淬火装置；其中所述第二淬火装置包括淬火机床、高频淬火设备，以及感应加热器，所述感应加热器能够同时对所述外圆和所述端面进行感应加热。
[0007]传统的内齿轮热处理装置及方法在淬火过程中容易导致内齿轮产生较大的变形，而且这种变形不容易调整或者调整后效果不理想。
【发明内容】
[0008]为了解决以上技术问题，本发明提出一种内齿轮热处理装置以及利用该装置进行热处理的方法，特别是对应用在装载机驱动桥上的内齿轮进行热处理的装置和方法。通过使用本申请公开的内齿轮热处理装置，按照本申请公开的热处理方法对内齿轮进行热处理，使得内齿轮的硬度和强度都得到极大的提升，内齿轮的使用寿命大大加长。现有技术的内齿轮硬度通常只有20-22HRC，而本申请热处理后的内齿轮外圈的硬度能够达到至少35HRC以上，增强了内齿轮的使用寿命，并且增加了内齿轮的拉抗性。
[0009]齿轮发生变形的原因大致有两种。一种是由于在机械加工时或在机械加工前，经锻造等使材料变形时所留下的内部应力成为剩余应力，在淬火和回火等热处理时产生变形，变形的大小与剩余应力(加工应力或在锻造时的剩余应力)的大小成比例。另一种是由于齿轮进行热处理而使金属材料的内部组织发生变化，因而产生转变变形。另外，淬火所发生的变形除了组织变化发生转变变形以外，还有因形状复杂而在急冷时，由于冷却速度的差别产生变形。针对第一种发生变形的原因即机械加工引起的剩余应力集中进而导致的变形，本发明通过通过正火和回火处理进行控制。针对第二种发生变形的原因即转变变形和冷却速度的差别也就是温度梯度导致的变形，本发明进行了进一步分析发现，由于淬火发生的急剧冷却，金属产生马氏体，由于马氏体的体积比奥氏体和珠光体的体积大，从而导致金属内部产生应力，进而导致齿轮变形。针对这一变形原因，本发明采用精细的热处理方法，控制温度梯度产生的应力和马氏体引起的应力在出现时间上一先一后，使这两种应力的顶峰值不至于叠加起来，从而减少总的变形。具体来说，本发明的热处理方法在齿轮材料加热到略高于马氏体转变点的温度时(该温度取决于含碳量)就停止喷冷却水，由于空气对齿轮的冷却速度远远小于冷却水对齿轮的冷却速度，因此停止喷水以后齿轮表面的温度大致均匀。在将要达到马氏体转变点温度时，中间组织转变速度极小，所以在此温度平衡的过程中所发生的中间组织也较少。因此这种处理方式对于最终组织几乎不发生影响。在达到马氏体转变点后可缓慢或快速地继续冷却。
[0010]马氏体转变温度点的确定可以采用下列两种方式之一:第一，计算达到马氏体转变温度的时间，并在此时间短时停止喷冷却水；第二，利用设置在热处理装置中的热电偶测量齿轮工件的温度，在达到马氏体转变点时，自动或手动地停止喷冷却水。这两种方式中第二种更为精确。在短时间的温度均匀以后(这一时间为经验值)重新开始喷冷却水，或者从热处理装置中取出齿轮继续冷却。
[0011]上述的计算达到马氏体转变温度点的时间的计算过程属于现有技术，虽然这种计算只能获得参考值，但是对于齿轮的热处理加工已经足够应用了。只要知道齿轮的初始温度，马氏体转变温度，齿轮材料的比热，冷却水的比热，通过查现有技术中的诺模图就能很容易的获得冷却时间，进而确定停止喷冷却水的时间。
[0012]基于以上分析，本发明提供一种内齿轮热处理装置。根据本发明的第一方面，本发明所述的内齿轮热处理装置，包括圆形供水母管，该圆形供水母管形成闭合环状结构，在圆形供水母管的外侧面设有与圆形供水母管的切线垂直的进水口，该进水口与圆形供水母管所在的平面在同一个平面上；该进水口与水源连通；在该圆形供水母管的内侧面设有