一种盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法及其专用工装技术

本发明专利技术涉及一种盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法，属于金属热处理技术领域。该方法包括测量选择、预除应力、准备工装、安置工件、再次淬火、回火处理各步骤。采用本发明专利技术，需矫正齿轮公法线大端朝下与高度高于齿轮的托盘直接接触，可以减慢齿轮该部位的冷却速度，使其热处理的膨涨量较小，避免由于二次淬火造成后续磨削量过大，导致其渗碳层偏浅以及齿轮根部台阶现象；同时齿轮上端冷却速度较快，更大较大的热处理膨涨量，从而补偿第一次渗碳淬火后公法线尺寸较小的缺陷。

A deformation correction method and special tooling for a carburized quench gear of disc type

The invention relates to a deformation correction method for a disc carburizing and quenching gear, which belongs to the field of metal heat treatment technology. This method includes the steps of measuring selection, preloading stress, preparing tooling, resetting workpiece, re quenching and tempering. The invention must be corrected gear common normal line down and end is higher than the height of the tray gear direct contact, can slow down the speed of cooling the gear parts, the heat treatment of inflation is smaller, to avoid the two subsequent quenching grinding amount is too large, resulting in the carburized layer lighter and gear root step phenomenon; at the same time the top gear fast cooling rate, the greater the larger expansion amount of heat treatment, so as to compensate the first flaw after carburizing and quenching of normal line of small size.

【技术实现步骤摘要】
一种盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法及其专用工装
本专利技术涉及一种热处理变形矫正方法，尤其是一种盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法，同时还涉及实现该方法采用的专用工装，属于金属热处理

技术介绍
实践表明，盘类齿轮的渗碳淬火后产生椭圆度、锥度、端面跳动的变形可能性均存在，如不加控制，很容易超出工艺许可范围，造成在后续精密加工没有加工余量，导致产生废品。现有的热处理变形控制对盘类渗碳淬火齿轮尚无良策，往往不得不加大渗碳淬火前的加工余量，结果不仅后续加工量大，而且必然导致保留的渗碳层薄，成品的硬度和强度下降。对于齿轮而言，其齿部还会由于齿根不进行磨削加工，出现齿根磨削突台，严重时也会造成报废。检索发现，申请号为201310727660.5的中国专利技术专利申请公开了一种减小齿轮变形的淬火方法，该方法在淬火工艺中，选用冷却较缓和的淬火介质，并对淬火介质的上部预加热处理，使淬火介质的上部温度较淬火介质的下部温度高，形成一个温度梯度。由于与全齿面接触的油温低，因此在齿轮全部进入油池的过程中减小了齿轮变形量，而局部齿面的油温高，则保证了零件淬火硬度。然而理论和试验表明，上述技术方案一方面由于淬火介质本身存在热传导，因此只能建立梯度较小的渐变温度场，难以满足补偿较大变形量的需求，尤其当采用的介质为淬火油时，为避免超过其闪点，升温受到限制，因此无法建立实际所需的温度场。另一方面，齿轮的淬火温度通常在840℃左右，在淬火介质中设法建立的有限温度梯度相对于齿轮自身的热容量而言，补偿作用微乎其微，因此实际难以达到抑制变形的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以对热处理后公法线尺寸小于成品公法线尺寸的盘类渗碳淬火齿轮变形矫正的方法，从而显著降低废品率，为后续精加工创造良好条件。为了达到以上目的，本专利技术的盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法，所述齿轮为两端面分别具有减重环槽且具有轴孔的圆柱齿轮，矫正步骤为：第一步、测量选择——测量渗碳淬火后齿轮上、下两端的公法线，找出公法线尺寸小于成品公法线的变形超差件作为需矫正齿轮；第二步、预除应力——将需矫正齿轮加热到650℃±5℃，保温3小时以上，消除热处理应力；第三步、准备工装——将直径大于需矫正齿轮外径的托盘套置于具有垂向中央吊杆的格栅状底盘上，所述托盘具有中央穿孔且对应所述减重环槽的周向位置具有均布的一组通孔；所述中央穿孔的直径大于所述吊杆的直径且小于需矫正齿轮的轴孔；第四步、安置工件——将预除应力后的需矫正齿轮以公法线小端朝上的方向摆放在所述托盘上；所述吊杆穿过托盘的中央穿孔和需矫正齿轮的轴孔；第五步、再次淬火——将需矫正齿轮连同工装加热到835℃±5℃，保温3±0.5小时，同时以0.85±0.05％碳势气氛保护；之后在含水量为1.1±0.05％、温度为150±5℃的硝盐液快速冷却淬火；第六步、回火处理——将再次淬火后的需矫正齿轮连同工装加热到220±10℃，保温10±0.5小时。本专利技术在需矫正齿轮公法线大端朝下与高度高于齿轮的托盘直接接触，可以减慢齿轮该部位的冷却速度，使其热处理的膨涨量较小，避免由于二次淬火造成后续磨削量过大，导致其渗碳层偏浅以及齿轮根部台阶现象；同时齿轮上端冷却速度较快，更大较大的热处理膨涨量，从而补偿第一次渗碳淬火后公法线尺寸较小的缺陷；同时由于使用了比正常含水量高的硝盐淬火，因此可以提升冷却速度，使齿轮发生更剧烈的金相组织转变，确保淬火产生所需的热处理膨涨量。更具体而言，待矫正齿轮公法线小端朝上，没有任何覆盖，可以使该端以最快的速度冷却，保证公法线小端再次淬火后涨大；而托盘的外径大于待矫正齿轮外径、而其穿孔小于待矫正齿轮轴孔直径，不仅可以使待矫正齿轮的下端全面接触，减小翘曲的产生，还使齿轮下端(公法线大端)冷却速度明显降低，抑制公法线小端再次淬火后涨大；从而达到矫正的目的。托盘均布的通孔保证淬火液能够到达待矫正齿轮下端面进入减重环槽，从而使下端面温度均匀。本专利技术进一步的完善是，所述第五步中的硝盐液由体积份1：1的KNO3和NaNO2加水配成。这样的配比可以保证淬火液的成分稳定，一方面使齿轮充分淬透，另一方面避免残余奥氏体的增加而导致齿轮尺寸收缩，有效减小淬火时产生的应力，抑制变形，以利于之后的磨齿加工。本专利技术更进一步的完善是，所述第五步中将需矫正齿轮连同工装吊入渗碳淬火炉，在加热到835℃±5℃之前，先经640℃±5℃保温4±0.5小时，并至少开启氮气、甲醇，控制氮气4.4±0.5m3/h、甲醇4±0.5m3/h，使渗碳淬火炉的碳势为0.85±0.05％含碳量。本专利技术还进一步的完善是，所述第五步中在硝盐液快速冷却淬火时保持25-35分钟，再从硝盐槽中吊出后转移到空气中进一步冷却。本专利技术又进一步的完善是，所述第四步中，用薄金属片塞紧所述底盘与托盘之间以及所述托盘与待矫正齿轮之间的缝隙。本专利技术盘类渗碳淬火齿轮变形矫正专用工装包括具有垂向中央吊杆的格栅状底盘和置于底盘上的托盘；所述吊杆的底部具有经过渡锥的扩径段；所述底盘的盘体底部中央具有与所述吊杆过渡锥和扩径段相配的定位孔，所述盘体由若干径向弯曲延伸的径向格栅以及若干周向格栅构成格栅状。进一步，所述底盘外圈中的径向格栅间隔隔断并延伸进入内圈的周向格栅，形成位于内圈的穿越区域。进一步，所述底盘最外圈的周向隔栅具有对应穿越区域的周向断隙。进一步，所述托盘的中央穿孔的直径大于吊杆的直径且小于需矫正齿轮的轴孔直径，所述托盘的外圆直径大于需矫正齿轮的外径，所述托盘的高度大于需要矫正变形齿轮的高度。进一步，所述托盘中央穿孔的直径等于减重环槽的宽度。实践证明，采用本专利技术不仅可以有效减小轮类齿轮的渗碳淬火导致的锥度，而且可以通过增大齿轮公法线小端的尺寸，使其保证后续精加工的余量，大大降低废品率。附图说明图1为本专利技术一个实施例待矫正齿轮进炉状态示意图。图2为图1实施例回火工艺曲线图。图3为图1实施例的热处理过程温度曲线图。图4为图1实施例的吊杆及格栅状底盘结构示意图。图5为图4的俯视图。具体实施方式实施例一本实施例待矫正的盘类渗碳淬火齿轮为圆柱齿轮4，具体参数如下：模数9、齿数106、齿形角20°、齿顶高系数1.125、全齿高23.6、径向变位系数-0.4085、螺旋角4°、螺旋方向左、跨齿数12、公法线平均长度316.48、齿轮副中心距555，其结构参见图1，两端面分别具有减重环槽4-1，中心具有轴孔4-2。所用专用工装包括具有垂向中央吊杆1的格栅状底盘2和置于底盘上的托盘3，吊杆1的底部具有经过渡锥1-2的扩径段1-3。底盘2的具体结构如图4和图5所示，盘体2-1底部中央具有与吊杆过渡锥1-2和扩径段1-3相配的定位孔，盘体2-1由若干径向弯曲延伸的径向格栅2-3以及四圈周向格栅2-2构成格栅状，为了使各圈格栅的温度均匀，外圈中的径向格栅2-3间隔隔断并延伸进入内圈的周向格栅2-2，形成位于内圈的穿越区域2-4。并且最外圈的周向隔栅2-2具有对应穿越区域的周向断隙2-5，从而使盘体2-1外的热处理介质可以径向进入。托盘3具有中央穿孔3-1以及与齿轮减重环槽位置对应的八个周向均布的通孔3-2。中央穿孔3-1的直径大于吊杆1的直径且小于需矫正齿轮的轴孔直径4-2，托盘3的外圆直径大于需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法，所述齿轮为两端面分别具有减重环槽且具有轴孔的圆柱齿轮，其特征在于包括以下步骤：第一步、测量选择——测量渗碳淬火后齿轮上、下两端的公法线，找出公法线尺寸小于成品公法线的变形超差件作为需矫正齿轮；第二步、预除应力——将需矫正齿轮加热到650℃±5℃，保温3小时以上，消除热处理应力；第三步、准备工装——将直径大于需矫正齿轮外径的托盘套置于具有垂向中央吊杆的格栅状底盘上，所述托盘具有中央穿孔且对应所述减重环槽的周向位置具有均布的一组通孔；所述中央穿孔的直径大于所述吊杆的直径且小于需矫正齿轮的轴孔；第四步、安置工件——将预除应力后的需矫正齿轮以公法线小端朝上的方向摆放在所述托盘上；所述吊杆穿过托盘的中央穿孔和需矫正齿轮的轴孔；第五步、再次淬火——将需矫正齿轮连同工装加热到835℃±5℃，保温3±0.5小时，同时以0.85±0.05％碳势气氛保护；之后在含水量为1.1±0.05％、温度为150±5℃的硝盐液快速冷却淬火；第六步、回火处理——将再次淬火后的需矫正齿轮连同工装加热到220±10℃，保温10±0.5小时。

【技术特征摘要】
1.一种盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法，所述齿轮为两端面分别具有减重环槽且具有轴孔的圆柱齿轮，其特征在于包括以下步骤：第一步、测量选择——测量渗碳淬火后齿轮上、下两端的公法线，找出公法线尺寸小于成品公法线的变形超差件作为需矫正齿轮；第二步、预除应力——将需矫正齿轮加热到650℃±5℃，保温3小时以上，消除热处理应力；第三步、准备工装——将直径大于需矫正齿轮外径的托盘套置于具有垂向中央吊杆的格栅状底盘上，所述托盘具有中央穿孔且对应所述减重环槽的周向位置具有均布的一组通孔；所述中央穿孔的直径大于所述吊杆的直径且小于需矫正齿轮的轴孔；第四步、安置工件——将预除应力后的需矫正齿轮以公法线小端朝上的方向摆放在所述托盘上；所述吊杆穿过托盘的中央穿孔和需矫正齿轮的轴孔；第五步、再次淬火——将需矫正齿轮连同工装加热到835℃±5℃，保温3±0.5小时，同时以0.85±0.05％碳势气氛保护；之后在含水量为1.1±0.05％、温度为150±5℃的硝盐液快速冷却淬火；第六步、回火处理——将再次淬火后的需矫正齿轮连同工装加热到220±10℃，保温10±0.5小时。2.根据权利要求1所述的盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法，其特征在于：所述第五步中的硝盐液由体积份1：1的KNO3和NaNO2加水配成。3.根据权利要求2所述的盘类渗碳淬火齿轮的变形矫正方法，其特征在于：所述第五步中将需矫正齿轮连同工装吊入渗碳淬火炉，在加热到835℃±5℃之前，先经640℃±5℃保温4±0.5小时，并至少开启氮气和甲醇，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄星，庄军，陈金龙，刘聪敏，吴刚，
申请(专利权)人：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32