动力钳中渗碳淬火齿轮内花键孔的加工工艺

动力钳中渗碳淬火齿轮内花键孔的加工工艺石油钻井和修井动力钳(以下简称动力钳)是我公司的主要产品。齿轮加工在动力钳的制造过程中占据了很大比例，因此我们在加工过程中会经常遇到各种齿轮加工方面的问题。其中，渗碳淬火齿轮内花键孔的加工就是比较有代表性的问题。我们公司经过多年实践，摸索了一些比较成熟的加工工艺，取得了良好的效果。在齿轮加工中，为解决低碳合金钢渗碳齿轮淬火后内花键孔加工问题，一般采取以下方法。对于花键孔硬度要求不高的齿轮，可在渗碳前。内孔及孔口两端面上留2mm余量，渗碳后车去内孔及端面上的碳渗层余量，使内孔及端面达到最终或工艺尺寸。内孔及端面处的硬度低于刀具硬度，可直接用拉刀拉削内花键。如动力钳上CMN齿轮马达配对齿轮的渐开线内花键就采用了这种加工工艺。这类齿轮也可以在渗碳前，按常规工艺精加工孔。渗碳时，在内孔及孔口两端面上涂上防渗涂料，渗碳后拉削内花键。由于防渗涂料在实际运用时效果不是很好，淬火时还要采用闷头闷内孔，以延缓内孔的冷却速度，降低内孔的淬火硬度，便于淬火后修整键槽。这些方法均是通过降低内花键孔的淬火硬度以便加工，从实际运用上来看，效果不是很理想。我公司在对动力钳输出齿轮等要求硬齿面花键孔的加工时，通过摸索和借鉴，找出一种比较符合我公司实际情况的加工方法。这就是在渗碳前拉出内花键，渗碳后直接淬火，热处理后在压机上用花键推刀推挤修正内花键。这种加工方法必须控制齿轮内花键孔渗碳淬火后的收缩变形量，以便于下道工序修整内花键。为了能稳定渗碳淬火后齿轮内花键孔的变形量,我们首先在齿轮材料以及热加工工艺上采取了一些措施。钢材内部组织疏松是导致内孔收缩量大的原因之一。我们严格按照国家标准精选材料，同时加大锻造比，使组织紧密，以减少内孔收缩量。在锻件中如有魏氏组织与带状组织等缺陷，常温的正火难以消除，组织不均匀使冷加工后残余应力增加。齿轮渗碳淬火后，内孔变形量增大。因此，严格控制锻造工艺，是减小齿轮内孔变形的重要一环。对于正火温度，我们经过多次试验，将其控制在940-950，高于渗碳温度，比较符合我们的实际要求。齿坯充分正火后得到均匀的珠光体与铁素体，晶粒度为7-8级，齿轮内孔变形变小。动力钳具有花键孔的齿轮形状典型的有图示两种情况。齿轮形状不同，加热与冷却时，各截面的塑性变形抗力不一。同一材料的齿轮经渗碳淬火后，花键尺寸相同的内径径向收缩量也不同。根据我们多次实际试验摸索，这两种形状的齿轮渗碳淬火后变形规律如下：图一所示的齿轮(如配对齿轮等)，孔的两端结构对称，在渗碳淬火后内孔呈反腰鼓形，即孔中部收缩大，两端收缩较小，且产生椭圆。对于图二所示的齿轮（如输出齿轮等），其结构特点是孔两端壁厚不对称。此类零件的花键孔热处理收缩变形规律主要是：除孔收缩变形产生椭圆外，还明显形成锥度。这是因为孔壁薄的一端收缩变形量比孔壁厚的一端收缩变形量大所致。由此可见，花键孔的热处理收缩变形规律及变形量大小与齿轮的结构形状有关。要得变形量小就应尽量使花键孔的两端结构对称且壁厚均匀，并尽量增加孔的壁厚尺寸。对于图一所示的齿轮，在设计许可的前提下，将孔中部一段花键切削掉，其尺寸比花键大径深0.3-0.4(如图一)。对于图二所示的齿轮，台阶一端内花键切削掉一段。这样齿轮内花键孔将不受台阶一端收缩的影响，而可基本保持孔径相同。这类齿轮，如以台阶端面为基准进行拉削，由于该端壁薄，易产生弹性变形。拉削后，此台阶部分孔径往往偏小（壁薄时可达0.03以上）。加上渗碳淬火后，该端孔径收缩又较大，从而产生锥形孔。如以齿轮端面为基准进行拉削，则可克服上述缺点。对于内花键孔收缩量较大的齿轮，根据花键孔的变形规律，适当加大花键拉刀径向尺寸，尽量使渗碳淬火后，花键孔尺寸在合格范围内，这种方法既经济，效果又好。我们根据实际积累的经验，相应制定了花键孔的拉削尺寸，拉削公差0.021，加工后较好地控制了内孔变形。为了弥补不对称壁厚的热处理缩孔变形，我们还采用了涨孔工艺。壁薄端孔涨量稍大于淬火后两端孔缩量的差值，使热处理后花键孔具有了一个正确的形状。可用带锥度的外花键或涨芯套涨孔，使花键大径产生塑性变形。此时，大径的内应力较大，热处理后应力恢复要增大变形，所以孔涨量稍大。对于精度要求较高的齿轮，我们还采用了穿心轴淬火工艺，先渗碳后穿心轴淬火。既保证了花键齿面的渗碳层深度，又减小了花键大径热处理变形。淬火心轴的大径应比花键孔大径小0.05-01mm，理论上减小值应与零件的缩孔变形量相等，但实际取值应稍大一些。淬火心轴的小径应不大于零件花键孔相配的花键轴的小径，以免发生干涉。齿厚应小于花键孔齿槽宽，齿厚减薄量在0.5mm左右，防止齿侧干涉，同时增加通油量，提高花键硬度。花键孔大径作为齿轮加工、测量及安装基准，必须具有较高的精度。在上面的工艺措施有效地减小了淬火变形后，我们在齿轮渗碳淬火后采用花键推刀在压机上对花键孔进行推挤修整,使其达到设计要求。经过我们不断的摸索和改进完善工艺措施，基本上消除了花键孔的椭圆度和锥度误差，有效地减小了花键孔淬火变形。使得在齿轮渗碳淬火后采用花键推刀在压机上对花键孔进行推挤修整更加方便，提高了刀具耐用度，延长了推刀使用寿命,符合我公司批量生产的实际要求，具有一定的实用推广价值。第 4 页 共 4 页