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如何设计小齿轮高频淬火工艺?

日期:2020-06-03 15:05 点击数:
轿车齿条齿轮转向机构中的小齿轮(见图2-13),模数1.75mm,齿数7。技术要求:材料15Cr,表面硬度(82±2)HRAS,渗碳硬化层深度0.3~0. 6mm,心部硬度20~27HRC,渗碳层的金相组织按国家有关标准执行。
小齿轮结构图

    图2-13    小齿轮结构图

    原采用15Cr钢渗碳淬火工艺,其生产周期长、能耗高、成本高,不便于大批量生产,由于小齿轮的心部硬度要求低(20~27HRC),渗碳后不能直接淬火,需要重新加热亚温淬火。
    更改材料及改进工艺如下。
    (1)采用高频淬火工艺。齿轮更改材料为42 CrMo钢。热处理技术要求:坯件整体调质,硬度20~27HRC;表面强化区进行高频淬火,表面硬度55~61HRC;硬化层深度,外圆部位(Φ20mm、Φ12mm处)0.8~1.5mm:齿部齿根0.6~1.2mm;齿轮节圆、外圆径向跳动<0. 05mm。
    (2)工艺流程
    下料→温挤压→调质→机加工→高频淬火→回火→探伤→磨外圆→装配。
    (3)感应设备与感应器。高频感应加热电源为全固态高频感应加热装置,输入功率≤100kW,输出功率≥75kW(调节范围:10%~100%),振荡频率200kHz,淬火机床为单工位802CNC数控全机械(伺服驱动)淬火机床,工件进给速度1~100mm/s,主轴转速20~200r/min。
    感应线圈用高度9mm、厚度1mm的方铜管制作成内孔为Φ23mm的自喷液连续加热淬火感应器。淬火介质为5%~11%的AQ251水溶液,温度低于50℃,压力>0. 3MPa。
    按预先设定的加热能量、加热时间、移动速度和喷液冷却时间先后对小齿轮Φ20mm部位、中间齿部和Φ12mm部位分3个过程进行感应加热、淬火。
    (4)具体操作步骤
    ①小齿轮在装夹位置移动到209mm处,并在该处打开旋转和喷水开关;开电源,给定功率50%;该处延时加热0.7s;
    ②小齿轮移动207mm处;延时加热0.7s;电源关;
    ③小齿轮移动到192mm处;开电源,给定功率52%;延时加热0.5s;
    ④小齿轮移动到168mm处;电源关;
    ⑤小齿轮移动到157mm处;开电源,给定功率65%;延时加热0.6s;电源关;
    ⑥小齿轮移动到120mm处;延时冷却6s;关旋转、关喷水并停留在该位置;
    ⑦程序结束。
    其中,步骤①~②是淬Φ20mm外圆,③~④是淬齿部,⑤~⑦是淬Φ12mm的外圆。
    (5)检验结果。小齿轮Φ20mm部位、齿部齿根及Φ12mm部位的淬硬层深度、硬度合格;小齿轮节圆及外圆的径向跳动<0. 05mm,合格;探伤,表面无裂纹等缺陷。经多次台架试验和路试,寿命超过设计要求。


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