变速箱齿轮热处理的变形与控制

科技研究

2013年第10期Science and technology research□机械与设备

114 变速箱齿轮热处理的变形与控制

刘奇

（唐山通力齿轮有限公司河北唐山063000）

【摘要】在汽车结构中重要的组成部件其中就有变速箱，在变速箱中齿轮是比较重要的零部件。在变速箱中的齿轮一般都不需要进行热处理之后进行加工，因此在热处理之后的齿轮齿的尺寸就是最后成品的尺寸。这也就需要齿轮的热处理要有较高的技术。对于热处理变形技术一方面应认真仔细地对理论进行研究，对热处理变形的过程进行准确地模拟，分析影响热处理的各种因素，准确地提供理论依据来解决热处理变形中存在的问题。另一方面，各个工厂应该仔细的研究对齿轮变形影响的各种因素，对齿轮热处理的变形进行很好的控制。

【关键词】变速器；齿轮热处理；变形；控制

在变速箱齿轮加工的环节中齿轮的热处理是非常重要的，通过齿轮的热处理来展现齿轮的各种特性。然而齿轮热处理引起的变形是必然的，这种变形会使企业的加工成本大大的增加。然而在现代社会上市场的竞争中降低生产成本决定了现在企业的生存和发展。所以必须要对齿轮的热处理变形进行控制。在汽车结构中重要的组成部件其中就有变速箱，在变速箱中齿轮是比较重要的零部件。因此汽车变速箱齿轮需要具备强度比较高、耐磨性高、抗疲劳强度大还需要具备高的韧性等一系列的机械性能。为了使齿轮能够具备以上的特性，因此齿轮热处理在齿轮加工过程中是必不可少的环节。

一、齿轮在热处理后出现变形的原因

齿轮的主要成分是钢，它被进行热处理之后，在温度不断的升高而钢的韧性也在不断的降低，当齿轮上的一些部位的残余应力无法再受热的影响，就会使齿轮出现变形，由于残余应力只在于齿轮的局部，所以使齿轮出现不规则的变形。齿轮在进行热处理时由于加热速度过快，使齿轮的表面升温过快，而齿轮内部的温度上升比较慢，表面和内部的温度不同形成很大的对应力，这样就会使齿轮出现不规则的变形，从而使齿轮的形状比较特别。

二、影响变速箱齿轮热处理变形的因素

齿轮经热处理后的出现变形的影响因素主要有齿轮的设计形状、制作齿轮时选用的材料、在热处理之前预热处理的整个过程、加工时选用的方法和工具、热处理的工艺流程等。选择合适的材料、加工的过程较精密、预热处理的过程较完整、对齿轮的冷热加工配合较好是控制热处理变形的关键。因此，如何控制变速箱齿轮热处理的变形应该从以上几点进行研究。

1.齿轮的设计形状

在热处理变形中设计的齿轮的形状是重要的影响因素，如齿轮设计结构是否对称、结构是否均匀，都会影响齿轮在淬火时往往不均匀的应力，使齿轮出现不规则的变形。其他国家的汽车企业曾经对这方面进行研究过，在最小热处理变形的影响下，设计的形状、使用的材料对齿轮热处理变形的影响力分别为50%～60%、20%～30%、5%～15%。所以，在进行齿轮设计的时候应尽量使壁厚且均匀对称的零件。如果设计出的零件中有壁厚较薄的地方，在热处理过程中因为壁薄的地方冷却的速度较快，这个地方容易发生卷曲。这样就应该设计成两个单独的零件，这样薄壁零件能够很好地控制热处理变形，同时也使机加工的过程变得简单。

2.原材料的品质对热处理的影响

原材料的品质不但对齿轮的热处理的工艺有一定的影响，还到决定着齿轮的使用寿命。原材料的最基本的特性也是齿轮热处理变形的一个重要影响因素。淬透性是指原材料在一定条件下淬火时，从奥氏体转变为马氏体，获得马氏体层的深度。淬透性越高的原材料对热处理变形的影响就越大，而淬透性的高低取决于原材料中合金元素含量。原材料中的合金元素主要通过影响钢的各种特性间接地影响了齿轮的热处理变形。以便能够很好地控制热处理的变形，这就需要原材料的淬透性的范围比较稳定。因此现在很多企业都是根据自己生产的产品的要求来制定淬透性的具体范围，以便能够很好地控制热处理的变形。在原材料中晶粒度也是重要的技术指标。所有的金属材料都是由许多的晶粒组成的多晶体。因为每个晶粒都有不同的异性，许多具有不同异性的晶粒组合在一起，互相抵消了它们之间的作用力，这样就使金属材料出现异向同性的特征。因此要想原材料的异向同性的特征比较明显就需要组成材料的晶粒比较细小，晶粒的个数较多，这样热处理的变形也就比较均匀性。

3.预热处理整个过程对热处理变形的影响

预热处理的主要是为了使晶粒变得细小，消除原材料中的残余应力。预热处理的过程就是为了使晶粒变得细小而且数量增加，这样就能够很好的控制热处理变形。目前我们国家的预热处理的工艺都是正火工艺，因为正火工艺的生产周期比较短、工艺较为简单、耗费的成本也比较低等优点；然而因为正火采用空气冷却，所以容易受到零件的结构和外界的气候和温度等因素的影响，冷却速度也不是很稳定。而现在我们国内的正火工艺都不能满足预热处理的要求，零件堆在一起进行加热的现象比较普遍，往往零件的表面加热的温度达到了，而零件的内部加热的温度还没有达到，这样就使晶粒度的大小不均匀，对热处理变形有很大的影响。零件在冷却的时候也是堆放在一起进行，这样使零件的硬度不均匀。不利于对其进行切削。因为正火工艺有许多的不足之处，所以我们国家许多企业都开始采用等温退火工艺进行预热处理提高预热处理的效果，等温退火是以较快的速度冷却到a1以下某一温度，保温一定时间使奥氏体转变为珠光体组织，然后空冷一种工艺。对某些奥氏体比较稳定的合金钢，采用等温退火可大大缩短退火周期，使热处理变形比较稳定。

4.加工时选用的工具和设备对热处理变形的影响

零件在预热处理之后会有很好的塑性，在加工的过程给零件带来的主要就是残余应力，如切削的力量太大或刀具的磨损都会使零件产生残余应力，在热处理过程中这些应力会被释放出来，使零件变形。在加工过程中出现残余应力虽然不能够避免，但是可以通过选择合适的加工工具和设备来降低残余应力的出现。加工过程比较稳定也是能够很好地控制热处理变形。不同的热处理设备有各自不同的特点，好的热处理设备对加热温度和炉温的控制都是比较精密的、加热也比价均匀等特性，齿轮热处理的变形也就能得到很好的控制。

5.热处理工艺流程对热处理变形的影响

现在我们国家变速箱齿轮热处理的方法主要是渗碳淬火，渗碳淬火工艺的优点是发展的已经很成熟、应用也比较广泛、成本相对较低等，渗碳淬火工艺中对齿轮热处理变形的影响主要有装夹方式、渗碳处理的温度、升温的速度、淬火的温度、淬火介质的选择等，装夹方式要保证零件在热处理过程中受力比较均匀，热处理的变形才能够控制。装夹方式的选择是热处理工作者的重要工作。渗碳处理的温度决定了渗碳淬火工艺能否顺利进行，零件渗碳的速度取决于渗碳处理的温度，渗碳处理的温度越高，零件中的晶体膨胀的也就越大，渗碳的速度也就越快；但是渗碳温度越高零件也就越容易变形。同时渗碳温度越高，零件的晶粒变得也就越大，大的晶粒不但会使零件产生严重的变形，也会使零件的使用寿命受到很严重的影响，这就要求热处理工作者能够很好地协调生产并达到生产的要求。

总之，影响齿轮热处理的变形有以上几个因素，因为齿轮的变形主要是在热处理的过程中发生，因此在热处理环节的工作者就需要仔细的了解齿轮的整个加工工艺，掌握所有对热处理变形的影响因素，严格控制热处理工作，才能有效地控制齿轮的变形，提高齿轮的质量，增加企业在市场上竞争能力。

参考文献：

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