QPQ處理-對于大功率傳動(dòng)裝置來說，齒輪材料的最佳綜合性能可通過在較軟和較有韌性的材料上形成表面硬化層來獲得。鋼是理想材料，因?yàn)樗苡煤芏喾椒▉磉M(jìn)行表面硬化最廣泛使用的方法是表面滲碳硬化，該方法將整個(gè)工件加熱到奧氏體溫度范圍并處于高碳勢的氣氛中，以使其獲得表面滲碳層，隨后經(jīng)淬火和回火處理，可得到很高的表面硬度。

　　作為DavidBrown公司的熱處理人員，我們越來越關(guān)注變形的不可預(yù)測性，因?yàn)槲覀兊脑O(shè)計(jì)者和工程師對公差的要求越來越嚴(yán)格，尤其是對批量很小的大型齒輪。

　　多年來，通過在各類齒輪上進(jìn)行的大量檢測，獲得了規(guī)定變形和脹大的許可值和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，所有這些現(xiàn)在己被結(jié)合到我們的CAD/CAM系統(tǒng)中，并利用CAD/CAM進(jìn)行計(jì)算，作為設(shè)計(jì)過程的一部分。

　　現(xiàn)在，變形在美國、日本和英國等國家中是一些主要項(xiàng)目的研究對象本文概述了我們在這方面所取得的進(jìn)展2變形和脹大因?yàn)辇X輪是最精密的工程零件之一，其公差以微米計(jì)，如表1所示，所以變形和脹大在制造中是決定性因素表1典型螺旋齒輪公差舉例齒數(shù)模數(shù)齒面寬最大誤差和m相鄰周節(jié)誤差累積周節(jié)誤差夕卜形誤差齒向直接淬火滲碳周期的主要步驟大的截面變化和高的加熱速度使工件內(nèi)產(chǎn)生足夠高的溫度場梯度和應(yīng)力，導(dǎo)致塑性形變加熱通過奧氏體轉(zhuǎn)變區(qū)(從Aci到Ao這個(gè)轉(zhuǎn)變伴隨著體積收縮，使尺寸和形狀均發(fā)生變化變化的大小取決于工件的幾何形狀和尺寸。

　　爐內(nèi)零件直接受高溫輻射的部分會(huì)產(chǎn)生大的溫度梯度在滲碳溫度下保溫這時(shí)工件的屈服強(qiáng)度很低，由于自重和堆放在其上面工件重量的影響，通過松馳、蠕變而延伸變形。

　　冷卻到均勻化溫度并保溫爐內(nèi)負(fù)荷邊緣處的工件通過熱輻射散熱會(huì)引起較大的溫度梯度淬火冷卻或在空氣中緩慢冷卻至室溫可能發(fā)生的變形復(fù)雜多樣，這取決于所發(fā)生的奧氏體相變類型，而相變類型又由冷卻速度決定。

　　如果必須這樣做，那么變形的可能性會(huì)加，因?yàn)檫@使工件再次轉(zhuǎn)變成奧氏體，而后又從奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體或其它組會(huì)織與淬火介質(zhì)有關(guān)的很高的熱交換系數(shù)使工件中產(chǎn)生在整個(gè)工藝過程中最大的溫度梯度和組織轉(zhuǎn)變梯度。

　　在該階段，工件內(nèi)的應(yīng)力會(huì)降低，馬氏體組織發(fā)生一些變化，并會(huì)產(chǎn)生少量的變形這些變化在工件的小截面部分更容易發(fā)生。

　　3影響變形和脹大的因素

　　3.1設(shè)計(jì)所有的零件的設(shè)計(jì)都必須既考慮零件的用途又考慮零件的制造工藝滲碳齒輪的設(shè)計(jì)尤其需要仔細(xì)權(quán)衡這兩個(gè)方面的需要。

　　3.2鋼的等級和狀態(tài)有少數(shù)滲碳鋼會(huì)帶來麻煩，引起反常的、不可預(yù)測和不可控制的變形835M15和S156(4%Ni，Cr，Mo)就是具體例子，原因是它們的合金含量很高。

　　材料在機(jī)加工前的狀態(tài)是非常重要的，正火加低溫退火狀態(tài)通常被認(rèn)為是最好的低溫退火尤為重要，因?yàn)樗皇菫榱塑浕蚓鶆蚧牧希窍鹪斐傻膬?nèi)應(yīng)力。

　　3.3機(jī)加工大量切削材料，而且可能是快速地和選擇性地切削，將會(huì)產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力。當(dāng)它在加熱至滲碳溫度的過程中被釋放掉時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致變形

　　3.4支撐和裝爐工件在滲碳爐內(nèi)正確的放置。是一個(gè)關(guān)鍵，否則工件由于自重的作用會(huì)發(fā)生松馳和蠕變爐內(nèi)工件合理的支撐和分布可減小工件間的溫度梯度，從而降低各零件間的性能差異。

　　3.5滲碳工藝參數(shù)滲碳溫度下保持的時(shí)間是一個(gè)重要因素，它取決于滲碳層深要求齒的尺寸加倍，則層深也要加倍，滲碳時(shí)間也要加3倍，滲碳時(shí)間的延長會(huì)加工件在高溫下的松馳和蠕變。

　　3.6淬火淬火主要是為了獲得表面硬化層然而，由于淬火時(shí)溫度的變化速率比工藝過程中任何其它階段都要大一至兩個(gè)數(shù)量級，所以會(huì)在工件中產(chǎn)生大的溫度梯度和組織轉(zhuǎn)變梯度，使工件產(chǎn)生很大的變化。

　　4典型的變形和脹大典型的形狀可以用幾個(gè)尺寸來描述，它們包括：

　　4.1盤形齒輪常用的盤形齒輪的變形規(guī)律常常是可以預(yù)測常用盤形齒輪的變形輪齒也會(huì)改變其位置、排列和形狀，如所示，而且這些變化可以不受齒輪整體變形的影響人們己充分認(rèn)識到螺旋角的變化是輪齒變形中的一個(gè)潛在的嚴(yán)重問題，但是周節(jié)累積誤差會(huì)成為更嚴(yán)重的問題，卻因?yàn)槠涑３１黄渌冃嗡谏w而沒有引起充分的注意。

　　4.2內(nèi)齒圈假如內(nèi)齒圈在滲碳爐內(nèi)正確地放置，這類齒輪的變形也是可以預(yù)測的否則，不平度及相關(guān)的橢圓度將會(huì)帶來嚴(yán)重的后果這可能包括加磨削時(shí)間、外抒/m齒圈形狀的定義/mm加切削量減小硬化層厚度或過高的廢品率5齒輪變形和脹大的變化通常，關(guān)鍵因素不在于所發(fā)生變形的類型或平均值，而在于變形的變化程度盤形齒輪外徑錐度與外徑的關(guān)系，以有類似的外徑脹大、橢圓度等與外徑的關(guān)系使我們可以建立驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)例如，外徑錐度的最大容許值為外徑的0.米夕卜徑)，因?yàn)槲覀兗航?jīng)計(jì)算出，對于齒數(shù)少于100的齒輪，在上述容許范圍內(nèi)可以正常地完成輪齒的磨削，不存在什么嚴(yán)重的問題己經(jīng)并繼續(xù)在開發(fā)進(jìn)一步的技術(shù)，以使各種變形保持在制定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)外徑錐度是外徑的函數(shù)6控制齒輪的變形和脹大6.1加工余量的確定通過對所用齒輪幾何形狀和尺寸的現(xiàn)有數(shù)據(jù)合理分析并不斷補(bǔ)充新數(shù)據(jù)，我們己經(jīng)能確定直徑最大達(dá)2m的6種形狀齒輪的加工裕量，這些基本形狀的定義如所示。

　　通過這種方式，我們己經(jīng)把確定的加工余量數(shù)據(jù)輸入到CAD/CAM軟件中。這些軟件就可自動(dòng)計(jì)算出滾齒尺寸，以保證熱處理后磨削出最終需要的尺寸。

　　6.2校直軸齒輪的軸線彎曲量沿它們的長度變化(如所示)，用戶一般要求它們的直線度在0.125mm以內(nèi)。我們在實(shí)踐中己經(jīng)能夠保證淬火以后整個(gè)長度的非直線度小于Q75mm/m因此如有必要，所有的軸齒輪要在專用的校直機(jī)上采用兩端中心孔定位旋轉(zhuǎn)，以進(jìn)行校正。這種校直機(jī)可進(jìn)行大批量全自動(dòng)處理。

　　6.3控制變形6.3.1螺旋傘齒輪絕大部分螺旋傘齒輪的輪齒在滲碳硬化以前己經(jīng)磨好，熱處理以后僅進(jìn)行研磨拋光以提高表面光潔度。

　　因此，熱處理變形控制很重要。傘齒輪對在熱處理時(shí)需要嚴(yán)格的形狀控制。傘齒輪的不平度和橢圓度公差必須很小。我們最近重新確定和放寬了這些公差，其例子如所示。

　　蝸桿的固有形狀也許使它成為最難進(jìn)行滲碳淬火的傳動(dòng)件由于螺線的根徑相對較小，故需要采取特殊的措施對于大多數(shù)蝸桿來說，在熱處理時(shí)讓它完全自由懸掛是最重要的盡管目前采取了這些措施，即使是按大多數(shù)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，其整個(gè)長度的不直度仍然超過1.25 mm/m為了避免校直時(shí)根部的徑向裂紋或開裂的危險(xiǎn)，校直的目標(biāo)為在整個(gè)長度上不直度不大于1.0mm/m 6.4控制變形的特殊技巧這些特殊技巧包括：6.4.1修改形狀減小齒輪的尺寸和截面變化，在熱處理之后而不是熱處理之前加工到磨削尺寸會(huì)更好。

　　在此之前KEVIN系統(tǒng)順利完成了兩個(gè)試驗(yàn)性項(xiàng)目，第一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行的時(shí)間為1989~1990年，該項(xiàng)目的內(nèi)容為SBB(瑞士)客車空調(diào)系統(tǒng)(KUR)輔助設(shè)備逆變器印刷電路板的維修此后進(jìn)行具有綜合型目標(biāo)的第二個(gè)試驗(yàn)性項(xiàng)目，內(nèi)容為SBB(瑞士)的歐洲城軌客車的維修，時(shí)間為199卜1993年該試驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)果如下：障，服務(wù)時(shí)間);40的故障可在較小的修理廠中排除(縮短維修時(shí)間，降低維修費(fèi)用);一一客戶購買了該研究成果，除在奧爾滕修理總廠使用外，還在巴塞爾使用;在新的項(xiàng)目中，例如IC2000(SBB的雙層車)，KEVIN是供貨的組成部分在ABB亨舍爾(Hen-schel)股份公司的范圍內(nèi)，己制訂了進(jìn)行其它項(xiàng)目的規(guī)劃7前景KEVIN系統(tǒng)目前己按照客戶要求及考慮到經(jīng)營者的EDV地區(qū)，己移植到IBM-PC及兼容機(jī)上目前，正在通過綜合型規(guī)劃系統(tǒng)(CAPE/C)，在機(jī)車車輛規(guī)劃的早期階段形成應(yīng)用數(shù)據(jù)及其說明，它與機(jī)車車輛技術(shù)診斷的結(jié)合具有越來越重要的意義，因?yàn)椴粫?huì)發(fā)生不必要的額外支出，并且保證了數(shù)據(jù)的密度。

　　將來全部修理廠及控制中心在需要時(shí)可以與每輛車聯(lián)機(jī)(例如，使用無線電)，調(diào)用全部LCC的有關(guān)數(shù)據(jù)吳月華譯張孝仁校6.4.2工序間去應(yīng)力先粗加工、去應(yīng)力，然后磨削加工的工藝將可防止大部分由機(jī)加工應(yīng)力引起的各類變形6.4.3特制支撐工裝這些工裝將是壓淬的一個(gè)節(jié)省費(fèi)用的替代辦法，壓淬通常使熱處理費(fèi)用加一倍。

　　6.4.4分級加熱和控制加熱速度可最大限度地減小溫度梯度和奧氏體轉(zhuǎn)變梯度所帶來的變形。

　　6.4.5相變模擬加熱和冷卻過程中的相變可以用軟件，如DavidBrown公司開發(fā)的AC3，來模擬并估測齒輪不同截面處的相變進(jìn)程，把相變和所觀察到的變形聯(lián)系起來，就可以模擬不同幾何形狀材料和熱處理的工件，以幫助選擇具體的方法來減少變形7總結(jié)本文針對各種形狀和尺寸的滲碳淬火工件，概述了一個(gè)減小熱處理變形的方法將來，除非滲碳鋼在相變中的瞬時(shí)機(jī)械性能及應(yīng)力和應(yīng)變對每一個(gè)相變產(chǎn)生影響，作為溫度的函數(shù)能由實(shí)驗(yàn)確定下來，否則數(shù)學(xué)模型是不可能精確地預(yù)測變形和脹大的。