01
序言
在風(fēng)電增速器中，高速級(jí)齒輪扮演著重要的角色，其在增速傳動(dòng)比、平衡負(fù)載，負(fù)荷承載方面有著極大的作用，其多數(shù)為小模數(shù)多齒數(shù)高速嚙合，這種結(jié)構(gòu)往往導(dǎo)致其熱處理變形控制的難度加大。滲碳淬火過(guò)程中不僅需要控制端面翹曲變形、螺旋角變形，還需要控制橢圓變形及公法線漲量過(guò)大，因此對(duì)熱處理工藝及工裝要求相當(dāng)苛刻。在日常生產(chǎn)過(guò)程中，采用水平裝爐淬火時(shí)，由于工件受到組織應(yīng)力及熱應(yīng)力的影響，加之其零件結(jié)構(gòu)特殊性，所以難以控制其錐度、圓度及漲量變形，造成控制難度大。本文對(duì)水平裝爐和壓力淬火裝爐兩種方式進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。
02
生產(chǎn)現(xiàn)狀
我公司為某風(fēng)電主機(jī)廠制造的雙饋型增速器齒輪箱中高速輪（見(jiàn)圖1），為較小模數(shù)多齒數(shù)高速嚙合，這種結(jié)構(gòu)往往給其熱處理變形控制造成了很大的難度，薄壁齒輪由于其特殊的結(jié)構(gòu)和工藝要求，在熱處理過(guò)程中容易出現(xiàn)變形、開(kāi)裂和尺寸不穩(wěn)定等問(wèn)題。該齒輪材料為18CrNiMo7-6鋼，模數(shù)10.1mm，齒數(shù)117，重量1475kg，滲碳淬火后齒部硬度要求58～62HRC，心部硬度要求35～45HRC，硬化層深為1.8～2.5mm。
圖1 風(fēng)電高速級(jí)薄壁大齒輪
03
工藝及方法
制造流程
高速級(jí)薄壁齒輪一般涉及到雙饋增速器機(jī)型齒輪箱中高速大齒輪，其主要生產(chǎn)流程為：鍛件正火→粗車(chē)→調(diào)質(zhì)→半精車(chē)→鏜孔→滾齒→滲碳淬火→精車(chē)→磨齒。
滲碳淬火＋回火工藝曲線
滲碳淬火工藝曲線如圖2所示。通過(guò)滲碳淬火工藝參數(shù)優(yōu)化，控制加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度等，可以有效防止零件的形變，并提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
圖2 滲碳淬火工藝曲線
淬火裝爐方式
水平淬火裝爐和壓力淬火裝爐兩種方式如圖 3所示。
圖3 淬火裝爐位置
改進(jìn)前采用支撐墊塊3點(diǎn)支撐齒輪水平裝卡，改進(jìn)后的淬火裝爐方式采取高蓄熱、高載荷壓淬工裝，利用3倍齒輪有效截面厚度的載荷重量壓力淬火來(lái)控制端面淬火畸變，同時(shí)控制零件淬火過(guò)程中整個(gè)橫截面的相變溫度均勻變化，從而使組織轉(zhuǎn)變均勻，減小組織應(yīng)力對(duì)淬火變形的影響，利用該工裝進(jìn)行壓力淬火，將原有單件平鋪3點(diǎn)支撐淬火改為單爐壓淬4件進(jìn)行淬火。
04
變形分析
在工藝改進(jìn)前，對(duì)零件編號(hào)A～D的工件進(jìn)行平裝淬火，檢測(cè)滲碳淬火變形量，結(jié)果見(jiàn)表1。工藝改進(jìn)后，對(duì)零件編號(hào)為1～12的工件進(jìn)行壓力淬火，檢測(cè)滲碳淬火變形量，結(jié)果見(jiàn)表2。從表1和表2可看出，工藝改進(jìn)前后工件的滲碳變形量、淬火變形量、漲量及軸向圓跳動(dòng)參數(shù)變化較大，可以明顯觀察到壓力淬火后工件的漲量及軸向圓跳動(dòng)控制有極大改善，同時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力淬火不同位置方向的淬火漲量不同。
圖4所示為采用壓淬方式下，垂直方向不同壓力淬火位置對(duì)錐度影響分析。由圖4可發(fā)現(xiàn)，其最下端齒輪錐度差異量大，且上下端變形差異度與上中部3件齒輪相反，可利用此規(guī)律合理改善滲碳錐度差異齒輪進(jìn)行裝卡配爐，有效彌補(bǔ)滲碳錐度變形，最終改善齒輪變形量。
圖4 壓力淬火位置干預(yù)錐度影響分析
改進(jìn)前后最終磨齒余量分配數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表3、表4。從表3、表4可看出，淬火裝爐方式改進(jìn)前其左右齒面磨削余量最大為0.843mm，平均最大余量為 0.770～0.796mm，該齒輪設(shè)計(jì)滾刀觸角為0.75mm，有齒根出臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)。采用壓力淬火方式后，左右齒面磨削余量最大為0.743mm，平均最大余量為0.649～ 0.666mm，降低最大磨削量約13.46%。
改進(jìn)前后最終磨齒余量分配概率如圖5、圖6所示。從圖5、圖6可看出，改進(jìn)后左右齒面最大磨削余量顯著降低，同時(shí)左右齒面磨削余量差異度明顯減小，確保了磨削余量滿足觸角的情況下減小磨削燒傷的可能性。
05
結(jié)束語(yǔ)
1）高速級(jí)薄壁齒輪壓力淬火可以獲得良好的薄壁齒輪淬火變形控制效果，垂直式壓力淬火可減小淬火引起的不平衡熱應(yīng)力和淬火操作本身產(chǎn)生的相變應(yīng)力，同時(shí)利用其變形規(guī)律，合理排布淬火裝爐位置，最大限度地減少此類零件的變形，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
2）通過(guò)淬火裝爐方式的改善并結(jié)合分析磨齒余量數(shù)據(jù)，齒輪軸向圓跳動(dòng)由0.45～0.55mm降低至 0.15～0.25mm，漲量由2.68～3.42mm降低至1.75～ 2.57mm，磨齒余量分配數(shù)據(jù)顯示齒部畸變減小約 13.46%，極大地提升了后續(xù)精車(chē)及磨齒效率，實(shí)現(xiàn)了高速齒輪淬火精益制造。
