一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺.pdf

一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺，是在机械加工制造中采用沿齿沟进行中频感应齿表面淬火及回火，1)，淬火回火前进行工装准备及现场安装；2)，制作外形与齿沟轮廓相似的中频沿齿沟加热淬火仿形感应器并采用淬火及冷却水背冷齿面的方式同步进行；3)，间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环；4)，每次循环对首淬齿面进行硬度检测；5)，表面淬火后的齿圈回火热处理采用半齿圈方式进行；制作的硬齿面大齿圈齿部表面淬火达到HRC40-45，有效硬化层深度≥4mm，齿轮精度达到988GE级，具有结构轻巧、尺寸大、使用寿命是同规格普通齿圈2倍，显著减轻设备重量，增强设备可靠性，提高设备运转效率。

1，  一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺，是在机械加工制造中采用沿齿沟进行中频感应齿表面淬火及回火，其特征在于：1)，淬火回火前进行工装准备及现场安装；2)，制作外形与齿沟轮廓相似的中频沿齿沟加热淬火仿形感应器并采用淬火及冷却水背冷齿面的方式同步进行；3)，间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环；4)，每次循环对首淬齿面进行硬度检测；5)，表面淬火后的齿圈回火热处理采用半齿圈方式进行；制作的硬齿面大齿圈齿部表面淬火达到HRC40-45，有效硬化层深度≥4mm，齿轮精度达到988GE级，具有结构轻巧、尺寸大、使用寿命是同规格普通齿圈2倍，显著减轻设备重量，增强设备可靠性，提高设备运转效率。

2，  根据权利1中所述的一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺，其特征在于：淬火回火前进行工装准备及现场安装：；1)工装准备：首先进行中频现场的清理、移位，根据工装的尺寸确定安装范围，确定中心位置，保证安装平整度；并且在齿圈断面为“T”型的端面两侧焊接数道拉筋；2)装现场安装方法：①先确定零件中心位置，设立标杆，根据零件半径尺寸确定方箱三点摆放位置，每120°位置摆放一个方箱，铺放底板及调整垫块，上面设置承重托辊及齿圈的方箱，调整方箱水平及三点位置等高；②在方箱上安放托辊，调整托辊下面的辊轮位置及角度，采用调整垫铁调整辊轮位置，采用螺栓固定辊轮，并且三个辊轮中心全部向心，使辊轮轴线过圆心，辊轮外端面与齿圈外缘平齐，通过托辊设置的夹具固定齿圈内环；③在方箱上焊三个长600mm定位杆，每个120°位置摆放一个定位杆，定位杆上端设置轴承，与齿圈内腹板间隙为10±5mm；安装感应器并调整感应器与零件齿廓间隙为3～5mm，组装成用于大齿圈淬火装置，进行冷调试，确定背冷水的冷却位置、压力，装置升降速度，背冷水压力：3MPa、装置升降速度：2～3mm/s控制。

3，  根据权利1中所述的一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺，其特征在于：采用制作外形与齿沟轮廓相似的中频沿齿沟加热淬火仿形感应器按单齿形式进行淬火热处理，加热与齿背水冷却采用同步方式进行淬火，外形与齿沟轮廓相似的内密封矽钢片的仿形感应器经传动装置驱动沿齿沟自上而下移动进行中频感应加热，并且一边加热一边对该齿另一齿背进行同步喷水冷却的淬火方式，感应器工艺参数为：变压器匝比10～12.5：1，进线电压410V，直流电压300V直流电流：300A，中频电压：450V，频率2.5KHz，负偏电压：19V，功率因数cosΦ＝-0.95，超前输出功率90KW，感应器与零件之间的相对运动速度v＝2.0—3.2mm/s；比功率1.55—2.17kw/cm²；仿形感应器单齿移动时间：2.5～3.5min。

4，  根据权利1中所述的一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺，其特征在于：采用间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿为一个工作循环，全部为4个工作循环，共计216个齿；淬火前，在齿圈上、下两端面标记起始淬火齿沟位置，并按淬火顺序方向在齿端面上标注齿沟数1—216；第一个工作循环，按第1、5、9、13、17、21……齿依次进行沿齿沟进行齿表面中频感应淬火；第二个工作循环，按第3、7、11、15、19、23……齿依次进行沿齿沟淬火；第三个工作循环，按第2、6、10、14、18、22……齿依次进行沿齿沟进行中频感应淬火；第四个工作循环，按第4、8、12、16、20、24……齿依次进行沿齿沟淬火；4次循环的热处理工艺相同；每次循环对首淬齿面进行硬度检测，以便及时调整、修正工艺参数；随时进行淬火齿面硬度抽检，记录检测结果，据此确定回火工艺；淬火温度：870～890℃，淬火时间：2.5～3.5min。

5，  根据权利1中所述的一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺，其特征在于：一个循环中频表面淬火后立即装入数控台车式煤气炉进行回火热处理；回火温度：350～450℃，回火时间：10～20h。

一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺
所属领域：
本发明涉及淬火工艺，尤其是一种硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺。
技术背景：
目前国内在粗镗-粗车--正火-镗-车-回火-镗-车-半精滚-淬火及回火-校正-镗-精车-精滚成齿等机加工制造球团窑用硬齿面大齿圈中由于现有的淬火及冷却方式和回火工艺缺陷，造成齿圈的齿部表面淬火达不到HRC40-50，有效硬化层深度不足4mm，齿轮精度不足988GE级，淬火变形大，水淬过于激烈齿圈极易开裂，成品率低及齿圈寿命过低，成本高等不足并且大齿圈为整体式结构。
发明内容：
为解决上述不足，本发明是对现有机械加工中的淬火及冷却方式和回火工艺进行了创新，采用整体式或通过螺栓固定两齿圈结合面的一分为二的剖分式硬齿面大齿圈结构方式，并且在其断面为“T”型的端面幅板法兰上设置数量相等的从内圆到减重孔连通的切槽及减重孔。
创新的淬火及回火工艺采用：
1，淬火回火前工装准备及现场安装；
2，制作外形与齿沟轮廓相似的仿型感应器沿齿沟进行中频感应加热及对加热齿面的另一齿面进行齿背水冷却的淬火方式；
3，间隔沿3个齿沟中频感应加热及齿背水冷却采用同步方式进行淬火；
4，每次循环对首淬齿面进行硬度检测并据此确定回火工艺；
5，一个循环中频表面淬火后采用装入台车炉进行回火热处理；
6，终检等工艺步骤。
实施如下：
1，淬火回火前工装准备及现场安装；
1)工装准备：由生产部门安排电钳工进行中频现场的清理、移位，根据工装的尺寸确定安装范围，确定中心位置，保证安装平整度；并且在齿圈断面为“T”型的端面两侧焊接数道拉筋，增强刚度及减小加工变形；
2)现场安装：①先确定零件中心位置，设立标杆，根据零件半径尺寸(R2743～3472mm)确定方箱三点摆放位置，每120°位置摆放一个方箱，铺放底板及调整垫块，上面设置承重托辊及齿圈的方箱，调整方箱水平及三点位置等高；②在方箱上安放托辊，调整托辊下面的辊轮位置及角度，采用调整垫铁调整辊轮位置，采用螺栓固定辊轮，并且三个辊轮中心全部向心，使辊轮轴线过圆心(标杆)，辊轮外端面与齿圈外缘平齐，通过托辊设置的夹具固定齿圈内环；③在方箱上焊三个长600mm定位杆，每个120°位置摆放一个定位杆，定位杆上端设置轴承，用于限制大齿圈旋转而造成沿切线移动，与齿圈内腹板间隙为10±5mm，用于齿圈吊装定位、旋转偏心调整；齿圈放上后进行调试，测量水平度，推动齿圈转动检查位移情况，安装感应器并调整感应器与零件齿廓间隙为3～5mm，组装成用于大齿圈淬火装置，然后进行冷调试，确定背冷水的冷却位置、压力，装置升降速度，背冷水压力：3MPa、装置升降速度：2～3mm/s控制；
2，制作外形与齿沟轮廓相似的中频沿齿沟加热淬火的仿形感应器，其按单齿形式进行淬火热处理，仿形感应器角度根据齿形设计，其内密封矽钢片的仿形感应器经传动装置驱动沿齿沟自上而下移动进行中频感应加热，并且一边加热一边通过喷水装置对加热齿背的另一齿背采用喷水冷却的同步方式进行淬火，其角度根据大齿圈齿形进行设计，其工艺参数为：变压器匝比10～12.5:1，进线电压410V，直流电压300V直流电流：300A，中频电压：450V，频率2.5KHz，负偏电压：19V，功率因数cosΦ＝-0.95，超前输出功率90KW，感应器与零件之间的相对运动速度v＝2.0—3.2mm/s；比功率1.55—2.17kw/cm²；仿形感应器单齿移动时间：2.5～3.5min；
3，间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环，以减小齿圈变形；淬火前，在齿圈上、下两端面标记起始淬火齿沟位置，整体式以随意齿开始，剖分式以剖分面开始第1齿计算，并按淬火顺序方向在齿端面上标注齿沟数1—216；采用间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环；需4个工作循环，共计216个齿。具体方法：第一个工作循环，按第1、5、9、13、17、21……齿依次进行沿齿沟进行齿表面中频感应淬火，淬火温度：870～890℃，淬火时间：2.5～3.5min；第二个工作循环，按第3、7、11、15、19、23……齿依次进行沿齿沟淬火；第三个工作循环，按第2、6、10、14、18、22……齿依次进行沿齿沟进行中频感应淬火；第四个工作循环，按第4、8、12、16、20、24……齿依次进行沿齿沟淬火；4次循环的热处理工艺相同；每次循环对首淬齿面进行硬度检测，以便及时调整、修正工艺参数；随时进行淬火齿面硬度抽检，记录检测结果，据此确定回火工艺；
4，每次循环对首淬齿面进行硬度检测，以便及时调整、修正工艺参数；随时进行淬火齿面硬度抽检，记录检测结果，据此确定回火工艺；
5，一个循环中频表面淬火后立即装入数控台车式煤气炉进行回火热处理；该齿圈的齿部经过中频沿齿沟连续表面淬火，必须及时进行回火处理，回火温度：350～450℃，回火时间：10～20h，；使齿部表面淬硬层的不稳定淬火马氏体组织转变成较稳定的回火马氏体组织；回火完成后去除拉筋；
6，终检：经检测全部符合技术要求，制作的整体式或剖分式硬齿面大齿圈的齿部表面淬火达到HRC40-50，有效硬化层深度≥4mm，齿轮精度达到988GE级。
本方案技术特点：
1，采用整体式或通过螺栓固定两齿圈结合面的剖分式硬齿面大齿圈的结构方式；
2，采用淬火回火前进行工装准备及现场安装；
3，采用外形与齿沟轮廓相似的中频沿齿沟加热淬火仿形感应器及冷却水背冷齿面的喷水冷却方式；
4，采用间隔沿3个齿沟淬火方式进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环；
5，采用每次循环对首淬齿面进行硬度检测；
6，采用一个循环齿面淬火后立即进行齿圈回火热处理方式：
有益效果：
该齿圈具有结构轻巧、尺寸大、使用寿命是同规格普通齿圈2倍，显著减轻设备重量，增强设备可靠性，提高设备运转效率；齿圈的齿部表面淬火达到HRC40-45，有效硬化层深度≥4mm，齿轮精度达988GE级；并且淬火变形极小，成品率高，成本低，水淬不易开裂等优点。
实施例1：
齿圈模数Mn＝20、最大外径4962mm、齿数240、齿长300mm、材质ZG42CrMo，热处理技术要求正火后齿表面进行淬火HRC45-50：硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺采用：
1，淬火回火前工装准备及现场安装；
1)工装准备：由生产部门安排电钳工进行中频现场的清理、移位，根据工装的尺寸确定安装范围，确定中心位置，保证安装平整度；并且在齿圈断面为“T”型的端面两侧焊接数道拉筋，增强刚度及减小加工变形；
2)现场安装：①先确定零件中心位置，设立标杆，根据零件半径尺寸确定方箱三点摆放位置，每120°位置摆放一个方箱，铺放底板及调整垫块，上面设置承重托辊及齿圈的方箱，调整方箱水平及三点位置等高；②在方箱上安放托辊，调整托辊下面的辊轮位置及角度，采用调整垫铁调整辊轮位置，采用螺栓固定辊轮，并且三个辊轮中心全部向心，使辊轮轴线过圆心(标杆)，辊轮外端面与齿圈外缘平齐，通过托辊设置的夹具固定齿圈内环；③在方箱上焊三个长600mm定位杆，每个120°位置摆放一个定位杆，定位杆上端设置轴承，用于限制大齿圈旋转而造成沿切线移动，与齿圈内腹板间隙为10mm，用于齿圈吊装定位、旋转偏心调整；对齿圈放上后进行调试，测量水平度，推动齿圈转动检查位移情况，安装感应器并调整感应器与零件齿廓间隙为3mm，组装成用于大齿圈淬火装置，进行冷调试，确定背冷水的冷却位置、压力，装置升降速度，背冷水压力：3MPa、装置升降速度：2mm/s控制；
2，制作外形与齿沟轮廓相似的中频沿齿沟加热淬火仿形感应器，其按单齿形式进行淬火热处理，内密封矽钢片的仿形感应器经传动装置驱动沿齿沟自上而下移动进行中频感应加热，并且一边加热一边通过喷水装置对加热齿背的另一齿背采用喷水冷却的同步方式进行淬火，其角度根据大齿圈齿形进行设计，其工艺参数为：变压器匝比10:1，进线电压410V，直流电压300V直流电流：300A，中频电压：450V，频率2.5KHz，负偏电压：19V，功率因数cosΦ＝-0.95，超前输出功率90KW，感应器与零件之间的相对运动速度v＝2.0mm/s；比功率1.55kw/cm²；仿形感应器移动速度：移动时间：2.5min；
3，间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环，以减小齿圈变形；淬火前，在齿圈上、下两端面标记起始淬火齿沟位置，整体式以随意齿开始，剖分式以剖分面开始第1齿计算，并按淬火顺序方向在齿端面上标注齿沟数1—216；采用间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环；需4个工作循环，共计216个齿。具体方法：第一个工作循环，按第1、5、9、13、17、21……齿依次进行沿齿沟进行齿表面中频感应淬火，淬火温度：870～890℃，淬火时间：2.5～3.5；第二个工作循环，按第3、7、11、15、19、23……齿依次进行沿齿沟淬火；第三个工作循环，按第2、6、10、14、18、22……齿依次进行沿齿沟进行中频感应淬火；第四个工作循环，按第4、8、12、16、20、24……齿依次进行沿齿沟淬火；4次循环的热处理工艺相同；每次循环对首淬齿面进行硬度检测，以便及时调整、修正工艺参数；随时进行淬火齿面硬度抽检，记录检测结果，据此确定回火工艺；
4，每次循环对首淬齿面进行硬度检测，以便及时调整、修正工艺参数；随时进行淬火齿面硬度抽检，记录检测结果，据此确定回火工艺；
5，一个循环中频表面淬火后立即装入数控台车式煤气炉进行回火热处理；该齿圈的齿部经过中频沿齿沟连续表面淬火，必须及时进行回火处理，回火温度：350℃，回火时间：10h，；使齿部表面淬硬层的不稳定淬火马氏体组织转变成较稳定的回火马氏体组织；回火完成后去除拉筋；
6，终检：经检测全部符合技术要求，制作的整体式或剖分式硬齿面大齿圈的齿部表面淬火达到HRC40-50，有效硬化层深度≥4mm，齿轮精度达到988GE级。
实施例2：
齿圈模数Mn＝25、最大外径4962mm、齿数192、齿长300mm、材质ZG42CrMo，热处理技术要求正火后齿表面进行淬火HRC45-50：硬齿面大齿圈中频沿齿沟淬火工艺采用：
1，淬火回火前工装准备；
1)工装的装配及安装：由生产部门安排电钳工进行中频现场的清理、移位，根据工装的尺寸确定安装范围，确定中心位置，保证安装平整度；并且在齿圈断面为“T”型的端面两侧焊接数道拉筋，增强刚度及减小加工变形；
2)工装现场安装方法：①先确定零件中心位置，设立标杆，根据零件半径尺寸(R2743～3472mm)确定方箱三点摆放位置，每120°位置摆放一个方箱，铺放底板及调整垫块，上面设置承重托辊及齿圈的方箱，调整方箱水平及三点位置等高；②在方箱上安放托辊，调整托辊下面的辊轮位置及角度，采用调整垫铁调整辊轮位置，采用螺栓固定辊轮，并且三个辊轮中心全部向心，使辊轮轴线过圆心(标杆)，辊轮外端面与齿圈外缘平齐，通过托辊设置的夹具固定齿圈内环；③在方箱上焊三个长600mm定位杆，每个120°位置摆放一个定位杆，定位杆上端设置轴承，用于限制大齿圈旋转而造成沿切线移动，与齿圈内腹板间隙为15mm，用于齿圈吊装定位、旋转偏心调整；对齿圈放上后进行调试，测量水平度，推动齿圈转动检查位移情况，安装感应器并调整感应器与零件齿廓间隙为3～5mm，组装成用于大齿圈淬火装置，进行冷调试，确定背冷水的冷却位置、压力，装置升降速度，背冷水压力：3MPa、装置升降速度：3mm/s控制；
2，外形与齿沟轮廓相似的中频沿齿沟加热淬火仿形感应器按单齿形式进行淬火热处理，其仿形感应器角度根据齿形设计并采用背齿面冷却的方进行淬火冷却；外形与齿沟轮廓相似的内密封矽钢片的仿形感应器沿齿沟自上而下移动进行中频感应加热，并且一边加热一边通过喷水装置对该齿背进行背冷方式淬火，其角度根据大齿圈齿形进行设计，其工艺参数为：变压器匝比12.5:1，进线电压410V，直流电压300V直流电流：300A，中频电压：450V，频率2.5KHz，负偏电压：19V，功率因数cosΦ＝-0.95，超前输出功率90KW，感应器与零件之间的相对运动速度v＝3.2mm/s；比功率2.17kw/cm²；仿形感应器移动速度：移动时间：3.5min；
3，间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环，以减小齿圈变形；淬火前，在齿圈上、下两端面标记起始淬火齿沟位置，整体式以随意齿开始，剖分式以剖分面开始第1齿计算，并按淬火顺序方向在齿端面上标注齿沟数1—216；采用间隔沿3个齿沟淬火方法进行，零件回转一圈即54个齿，为一个工作循环；需4个工作循环，共计216个齿。具体方法：第一个工作循环，按第1、5、9、13、17、21……齿依次进行沿齿沟进行齿表面中频感应淬火，淬火温度：890℃，淬火时间：3.5min；第二个工作循环，按第3、7、11、15、19、23……齿依次进行沿齿沟淬火；第三个工作循环，按第2、6、10、14、18、22……齿依次进行沿齿沟进行中频感应淬火；第四个工作循环，按第4、8、12、16、20、24……齿依次进行沿齿沟淬火；4次循环的热处理工艺相同；每次循环对首淬齿面进行硬度检测，以便及时调整、修正工艺参数；随时进行淬火齿面硬度抽检，记录检测结果，据此确定回火工艺；
4，每次循环对首淬齿面进行硬度检测，以便及时调整、修正工艺参数；随时进行淬火齿面硬度抽检，记录检测结果，据此确定回火工艺；
5，一个循环中频表面淬火后立即装入数控台车式煤气炉进行回火热处理；该齿圈的齿部经过中频沿齿沟连续表面淬火，必须及时进行回火处理，回火温度：450℃，回火时间：20h，；使齿部表面淬硬层的不稳定淬火马氏体组织转变成较稳定的回火马氏体组织；回火完成后去除拉筋；
6，终检：经检测全部符合技术要求，制作的整体式或剖分式硬齿面大齿圈的齿部表面淬火达到HRC40-50，有效硬化层深度≥4mm，齿轮精度达到988GE级。