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减速机齿轮的感应硬化浅谈

2020-08-03 12:06:10        0

工程机械重载齿轮的寿命和承载能力直接影响整个机器的生产能力和经济效益。随着经济建设的发展,对重载齿轮的需求量越来越多,提高齿轮的承载能力、使用寿命和减低成本成为重型机械行业的重要任务之一。


一般齿轮的表面硬化,包括:中、高频感应加热淬火,火焰淬火,渗碳,渗氮等。由于工程机械上的齿轮外形和模数都比较大,精度等级要求一般为DIN标9级(ISO10级)。


工程机械的重载齿轮一般属于单件生产或小批量生产,所以逐齿双齿廓感应加热是表面感应淬火中获得高强度最有效最经济的方法。


目前,对于重型机械制造厂家来说,均配备中频淬火设备。因此,开发齿轮逐齿双齿廓感应淬火工艺,是比较合适的,而且能产生经济效益。

1. 齿轮淬火方法


1.1 旋转(全齿)硬化主要用火焰硬化来进行;对于不同的尺寸只需要一套烧嘴(感应旋转硬化需要较大的振荡器功率和与齿轮尺寸相配的感应器)。它的费用低;在中等硬度范围(HRC=45~56)内能可靠地掌握,超过这个硬度就增加了产生裂纹的危险;能沿齿轮整圈获得较均匀的硬度。更重要的是,它适合小尺寸与中等尺寸齿轮。


1.2 逐齿双齿廓硬化:对大齿轮比较经济,在中等硬度范围(HRC=45-56)内容易掌握。翘曲变形小,通常不需要磨齿。硬化区应当在齿根临界截面的上方处终止,但是在啮合起点处要有足够的硬度。


1.3 逐齿齿槽硬化:大齿轮在中等硬度范围内(HRC=45~52,有时到55)比较经济。只有在仔细准备和监控,并具有长期的经验、合适的材料和最佳的硬化条件下,才能使硬化裂纹的危险性比较小。翘曲变形小,但是要比双齿廓硬化大一些,常常在硬化开始的地方有周节误差;有时要求齿轮磨削。逐齿齿槽硬化加热时,当感应线圈稍作调整后同样可以达到逐齿双齿廓的感应效果。


1.4 渗碳硬化:从大批量到单件生产都可以应用。它的直径受到炉子尺寸与磨床的限制。一直到最高的齿根强度和点蚀强度的范围内,它都可以掌握。它可以可靠地避免硬化裂纹;但是,可靠的热处理工艺比较费钱。渗碳后翘曲变形大,需要通过磨齿来保证精度。对于单件生产费用较昂贵。


1.5 氮化硬化:它是一种翘曲变形小的热处理,这是因为,在由淡化温度冷却时,金相组织未发生相变;淡化后通常不需要磨齿。但是淡化的时间比较长,例如:31CrMoV9气体淡化温度为490°时,所需的时间大约为192h。而且,淡化后的金相组织要求比较严格。氮化费用相当昂贵。


综合考虑,对于工程机械回转减速机输出齿轮,单件生产和DIN 9级精度等级要求,一般情况下,选用调质钢进行双齿廓感应硬化就能满足齿轮的承载能力、使用寿命,同时又能减低成本。

 

2.调质钢的材料


如果要求有足够的表面硬度,就要求含碳量为0.3%到0.45%(超过时就对产生裂纹敏感)。为了避免产生硬化裂纹,要求有较高的纯度,带状杂质特别不利。为了获得均匀的硬化结果,最好按照DIN50191的顶端淬火试验法来验收材料;裂纹敏感性用多次淬火试件试验。


非合金钢多数进行正火处理(切削性好,调质性能差)。由于要求高冷却速度,所以产生裂纹的危险性大(由于有铁素体成份,有硬度过低的危险)。具有调质组织的合金钢比具有退火组织的(由于有铁素体成份,有硬度过低的危险)更合适;产生裂纹的危险性随着Ni含量的增多(最佳值为超过2%)而减少。铸钢首先要用烧嘴或感应器正火;以便了解硬化区的缺陷。小的缺陷部位可以磨掉,但不允许焊接。

 

3.逐齿硬化的工艺路线


逐齿硬化设备多数情况都是感应装置(比较简单可靠,能均匀地提供能量)。它比旋转硬化较难掌握,因此,为了能在整个一圈取得恒定的硬化结果,要求具备下列特殊工艺路线:


① 准确配置与引导感应器(燃烧器)。

② 在齿状硬化试件上进行预试验(检查硬化图形与金相组织)。

③ 沿整个一圈有恒定的硬化条件与淬火条件(保持轮体的温度恒定)。

④ 在硬化一圈后,在试件上重复硬化(检验与第2项同)。

⑤ 使轮齿两端约1个模数宽处不予硬化(减少齿角折断的危险)。

⑥ 硬化后在180~200°C左右可直接消除齿轮的应力,减少产生裂纹的危险性。

调质钢的原材料费用相比较低;9级精度等级单件生产效率高;热处理后翘曲变形小,消除齿轮应力后,通过喷丸工序后即可满足工程机械的使用。