一种变速箱齿轮加工工艺.pdf

本发明涉及一种齿轮的加工方法，尤其涉及一种变速箱齿轮加工工艺。包括以下步骤：第一步，下料进行锻造为一圆柱形胚料；第二步，锻坯组分均匀化处理，然后车加工钻中心孔；第三步，利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿；第四步，对工件进行渗碳处理；第五步，渗碳后进行冷却淬火；第六步，对工件进行机加工形成齿轮；本发明方法的有益效果是：a、降低渗碳温度和淬火温度，不延长渗碳时间，降低能耗；b、能防止黑色组织产生，获得均匀的渗碳层，改善渗碳淬火后的渗碳层显微组织，获得最佳金相组织，以明显提高齿轮表面硬度，耐磨性和抗疲劳强度；c、减小变形，提高齿轮加工与装配尺寸精度，提高齿轮传动平衡性，降低噪音，提高齿轮使用寿命。

1.   一种变速箱齿轮加工工艺，包括以下步骤：
第一步，下料进行锻造为一圆柱形胚料；第二步，锻坯组分均匀化处理，然后车加工钻中心孔；第三步，利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿 ；第四步，对工件进行渗碳处理；第五步，渗碳后进行冷却淬火；第六步，对工件进行机加工形成齿轮；其特征在于渗碳步骤，将齿轮置于加热炉内，加热炉从室温升到900±5℃以渗碳，渗碳时间3 ～ 4 小时，且渗碳中的强渗阶段的碳势CP为 1.06±0.03C%，扩散阶段的碳势 CP 为0.85±0.03C% ；B. 淬火步骤，将渗碳后的齿轮冷却至 830±5℃，接着均温 25 ～ 35 分钟，然后在90±10℃淬火油中淬火；C. 回火步骤。

2.  根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮加工工艺，其特征在于该齿轮材质为低碳钢。

3.  根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮加工工艺，其特征在于该齿轮材质为 20CrMnTi。

4.  根据权利要求1或2或3所述的一种变速箱齿轮加工工艺，其特征在于该渗碳步骤中，加热炉升到900±5℃后，渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段；该起始阶段的碳势CP为0.95±0.03C% ；强渗阶段的碳势CP为1.06±0.03C% ；扩散阶段的碳势 0.85±0.03C%。

5.  根据权利要求4所述的一种变速箱齿轮加工工艺，其特征在于该渗碳步骤中，起始阶段的时间为9-11分钟，强渗阶段的时间170-190分钟，扩散阶段的时间为25-35 分钟。

6.  根据权利要求1或2或3所述的一种变速箱齿轮加工工艺，其特征在于该渗碳步骤中，向加热炉内通入甲醇和丙烷。

7.  根据权利要求1所述的一种变速箱齿轮加工工艺，其特征在于所述第五步淬火步骤后再进行二次高温油处理消除应力。

8.  根据权利要求7所述的一种变速箱齿轮加工工艺，其特征在于高温油处理是在温度为280℃ ~380℃的高温油内浸入2~3 小时。

一种变速箱齿轮加工工艺
技术领域
本发明涉及一种齿轮的加工方法，尤其涉及一种大功率且韧性好的船用齿轮的加工工艺。
背景技术
变速箱齿轮是技术要求最高的零部件之一，齿轮在运转过程中，相互啮合的
齿面之间既有滚动又有滑动，同时齿轮还受到脉冲应力和交变弯曲应力的作用，因此要求齿轮需经过热处理以具有良好的硬度、耐磨性、抗疲劳性能，高尺寸精度，运转中的低噪音的性能。
渗碳淬火、碳氮共渗是变速箱齿轮表面强化最主要的热处理方法。现有的渗碳淬火中，渗碳温度通常为 920-940℃，渗碳碳势 CP 通常为 1.0-1.2C%，以期获得高质量的渗碳表层，但它存在有如下不足 ：1、渗碳温度高，时间长，能耗大 ；2、变形大 ；3、存在黑色组织，致使硬度偏低，降低抗疲劳，降低耐磨性，缩短使用寿命。
齿轮的传统的加工工艺流程：下料（铸造、锻造）→正火（调质）→金加工（齿部采用滚齿插齿工艺）→再进行高频淬火而成。此类齿轮尽管制造成本较低，但主要受制于传统加工工艺的局限 ：表现为不能采用更为优质的材料，表面硬度偏低（≤ HRC45-52），而且热处理作为最终工序，淬火后变形量无法消除，表面粗糙度始终≤ 0.8，齿芯部抗拉强度一般在≥ 420Mpa。制造精度和运动精度均≤ 8-8-8GB10095-88。很显然，此类传动齿轮局限于应用在转速不高载荷相对较低，运动精度不高的领域。
在现在的公开文件中也公开过关于齿轮的加工工艺，如中国专利 ：“20CrMo 渗碳钢齿轮的制作工艺（CN102494106A）”包括如下工序 ：锻坯一正火一机加工一不完全退火一机加工一渗碳淬火一回火一抛九，其中不完全退火工艺为在气氛的保护下，在 Ac1+（30—50)℃的温度条件下保温 2 小时，并随炉冷却至700~720℃后空冷。但是，此方法存在黑色组织，致使硬度偏低，降低抗疲劳，降低耐磨性，缩短使用寿命。
申请号为201410037805.3的发明申请公开了一种高强度齿轮加工工艺，包括以下工艺步骤：（1）选择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料；（2）对圆坯料进行磨外圆，去除表面细裂纹 ；（3）将圆坯料进行退火处理后进行抛丸；（4）将圆坯料分别在磷化液和皂化液中进行处理 ；（5）将圆坯料通过挤压材料塑性变形得到毛坯，毛坯一端为渐开线齿形，毛坯另一端为光滑圆柱体；（6）将步骤（5）得到的毛坯再次通过挤压材料塑性变形挤压，得到的毛坯一端为渐开线齿形，另一端为圆环形凸棱；（7）在毛坯中心车出内孔；（8）将工件平进行渗碳淬火处理 ；（9）将工件进行回火处理；（10）抛丸。本发明得到的齿轮表面硬度硬，芯部韧性好，提高了齿轮（2 模数）的单齿强度。但是其齿轮材料选择的是择20CrMnTi合金钢圆坯料作为原料，合金钢的成本较高，且需要经过多道冷压工艺，加工成本同时也较高。
发明内容
本发明提供了一种运动精度高，载荷高，表面硬度高，韧性好的船用低碳钢齿轮加工工艺；解决了现有技术中存在的加工的齿轮的硬度低，韧性不够，运动精度不高的缺点。
本发明的技术方案是：
一种变速箱齿轮加工工艺，包括以下步骤：
第一步，下料进行锻造为一圆柱形胚料；第二步，锻坯组分均匀化处理，然后车加工钻中心孔；第三步，利用滚齿机在圆柱形胚料外滚齿 ；第四步，对工件进行渗碳处理；第五步，渗碳后进行冷却淬火；第六步，对工件进行机加工形成齿轮；渗碳步骤，将齿轮置于加热炉内，加热炉从室温升到900±5℃以渗碳，渗碳时间3 ～ 4 小时，且渗碳中的强渗阶段的碳势CP为 1.06±0.03C%，扩散阶段的碳势 CP 为0.85±0.03C% ；B. 淬火步骤，将渗碳后的齿轮冷却至 830±5℃，接着均温 25 ～ 35 分钟，然后在90±10℃淬火油中淬火；C. 回火步骤。
该齿轮材质为低碳钢。
该齿轮材质为 20CrMnTi。
该渗碳步骤中，加热炉升到900±5℃后，渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段；该起始阶段的碳势CP为0.95±0.03C% ；强渗阶段的碳势CP为1.06±0.03C% ；扩散阶段的碳势 0.85±0.03C%。
该渗碳步骤中，起始阶段的时间为9-11分钟，强渗阶段的时间170-190分钟，扩散阶段的时间为25-35 分钟。
该渗碳步骤中，向加热炉内通入甲醇和丙烷。
所述第五步淬火步骤后再进行二次高温油处理消除应力；
高温油处理是在温度为280℃ ~380℃的高温油内浸入2~3 小时。
本发明一种变速箱齿轮加工工艺的有益效果是：
本发明提供了一种变速箱齿轮加工工艺，在保证渗碳层质量的前提下，适当降低渗碳温度和淬火温度，提高淬火油温，适当提高渗碳碳势，以产生如下技术效果：a、降低渗碳温度和淬火温度，不延长渗碳时间，降低能耗 ；b、能防止黑色组织产生，获得均匀的渗碳层，改善渗碳淬火后的渗碳层显微组织，获得最佳金相组织，以明显提高齿轮表面硬度，耐磨性和抗疲劳强度 ；c、减小变形，提高齿轮加工与装配尺寸精度，提高齿轮传动平衡性，降低噪音，提高齿轮使用寿命。
另外，本发明工艺通入甲醇和丙烷能调整优化炉内气氛中的碳势。
具体实施方式
下面通过实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：
变速箱齿轮渗碳淬火的热处理方法，包括 ：
A.渗碳步骤，将齿轮装入料筐，再置入密封箱式多用加热炉内，加热炉从室温升到900±5℃以渗碳，渗碳时间3～4小时；本实施例之中，该加热炉从室温升到900℃，渗碳时间3小时40分钟。该渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段；其中：渗碳的起始阶段的碳势CP为0.95±0.03C%，9-11分钟 ；
渗碳的强渗阶段的碳势 CP 为 1.06±0.03C%，170-190分钟 ；渗碳的扩散阶段的碳势CP为0.85±0.03C%，25-35 分钟 ；本实施例之中，起始阶段的碳势CP为0.95C%，10分钟；强渗阶段的碳势CP为 1.06C%，180分钟；扩散阶段的碳势CP为0.85C%，30分钟 ；
B. 淬火步骤，将渗碳后的齿轮冷却至 830±5℃，接着均温 25 ～ 35 分钟，然后在90±10℃淬火油中淬火 ；本实施例之中，将渗碳后的齿轮冷却至 830℃，接着均温 30 分钟，然后在 90±5℃淬火油中淬火，并低速搅拌 ；
C. 回火步骤，淬火后的齿轮在165℃中进行 2 ～ 3 小时回火。
本实施例之中 ：该齿轮材质为低碳钢，例如选用 20CrMnTi。
采用上述处理方法能产生如下技术效果 ：1、热处理后的齿轮，有效硬化层深度为0.5-0.8mm，表面硬度为HRC59-63，硬化级别为1级 ；2、防止因内氧化产生黑色组织，获得最佳金相组织 ；3、变形减少 1/2，精度提高2-3 级，碳化物级别为 1 级，降低噪声 ；4、节电 5%。
实施例二：
变速箱齿轮渗碳淬火的热处理方法，包括 ：
A.渗碳步骤，将齿轮装入料筐，再置入密封箱式多用加热炉内，加热炉从室温升到900±5℃以渗碳，渗碳时间3～4小时；本实施例之中，该加热炉从室温升到900℃，渗碳时间3小时40分钟。在升温到900±5℃后向加热炉通入甲醇和丙烷并开始渗碳，该渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段；其中：渗碳的起始阶段的碳势CP为0.95±0.03C%，9-11分钟 ；
渗碳的强渗阶段的碳势 CP 为 1.06±0.03C%，170-190分钟 ；渗碳的扩散阶段的碳势CP为0.85±0.03C%，25-35 分钟 ；本实施例之中，起始阶段的碳势CP为0.95C%，10分钟；强渗阶段的碳势CP为 1.06C%，180分钟；扩散阶段的碳势CP为0.85C%，30分钟 ；
B. 淬火步骤，将渗碳后的齿轮冷却至 830±5℃，接着均温 25 ～ 35 分钟，然后在90±10℃淬火油中淬火 ；本实施例之中，将渗碳后的齿轮冷却至 830℃，接着均温 30 分钟，然后在 90±5℃淬火油中淬火，并低速搅拌 ；
C. 回火步骤，淬火后的齿轮在165℃中进行 2 ～ 3 小时回火。
本实施例之中 ：该齿轮材质为低碳钢，例如选用 20CrMnTi。
本实施例之中，该甲醇和丙烷的加入比例：10:3-4。该甲醇的加入量例如
60-76ml/min/ 立方米（加热炉容积）。
采用上述处理方法能产生如下技术效果 ：1、热处理后的齿轮，有效硬化层深度为0.6-0.9mm，表面硬度为HRC62-65，硬化级别为1级 ；2、防止因内氧化产生黑色组织，获得最佳金相组织 ；3、变形减少 1/2，精度提高2-3 级，碳化物级别为 1 级，降低噪声；4、节电 5%。
实施例三：
变速箱齿轮渗碳淬火的热处理方法，包括 ：
A.渗碳步骤，将齿轮装入料筐，再置入密封箱式多用加热炉内，加热炉从室温升到900±5℃以渗碳，渗碳时间3～4小时；本实施例之中，该加热炉从室温升到900℃，渗碳时间3小时40分钟。在升温到900±5℃后向加热炉通入甲醇和丙烷并开始渗碳，该渗碳分为起始阶段、强渗阶段和扩散阶段；其中：渗碳的起始阶段的碳势CP为0.95±0.03C%，9-11分钟 ；
渗碳的强渗阶段的碳势 CP 为 1.06±0.03C%，170-190分钟 ；渗碳的扩散阶段的碳势CP为0.85±0.03C%，25-35 分钟 ；本实施例之中，起始阶段的碳势CP为0.95C%，10分钟；强渗阶段的碳势CP为 1.06C%，180分钟；扩散阶段的碳势CP为0.85C%，30分钟 ；
B. 淬火步骤，将渗碳后的齿轮冷却至 830±5℃，接着均温 25 ～ 35 分钟，然后在90±10℃淬火油中淬火 ；本实施例之中，将渗碳后的齿轮冷却至 830℃，接着均温 30 分钟，然后在 90±5℃淬火油中淬火，并低速搅拌 ；
C. 回火步骤，淬火后的齿轮在165℃中进行 2 ～ 3 小时回火。
本实施例中，淬火步骤后再进行二次高温油处理消除应力；高温油处理是在温度为280℃ ~380℃的高温油内浸入2~3 小时。
本实施例之中 ：该齿轮材质为低碳钢，例如选用 20CrMnTi。
本实施例之中，该甲醇和丙烷的加入比例：10:3-4。该甲醇的加入量例如
60-76ml/min/ 立方米（加热炉容积）。
采用上述处理方法能产生如下技术效果 ：1、热处理后的齿轮，有效硬化层深度为0.5-0.9mm，表面硬度为HRC61-67，硬化级别为1级 ；2、防止因内氧化产生黑色组织，获得最佳金相组织 ；3、变形减少 1/2，精度提高2-3 级，碳化物级别为 1 级，降低噪声；4、节电 5%。