動力鉗中滲碳淬火齒輪內花鍵孔的加工工藝

摘要：石油鉆井和修井動力鉗（以下簡稱動力鉗）是我公司的主要產品。齒輪加工在動力鉗的制造過程中占據了很大比例，因此我們在加工過程中會經常遇到各種齒輪加工方面的問題。其中，滲碳淬火齒輪內花鍵孔的加工就是比較有代表性的問題。我們公司經過多年實踐，摸索了一些比較成熟的加工工藝，取得了良好的效果。

關鍵詞：動力鉗；齒輪加工；滲碳淬火齒輪；內花鍵孔；加工工藝

在齒輪加工中，為解決低碳合金鋼滲碳齒輪淬火后內花鍵孔加工問題，一般采取以下方法。對于花鍵孔硬度要求不高的齒輪，可在滲碳前。內孔及孔口兩端面上留2mm余量，滲碳后車去內孔及端面上的碳滲層余量，使內孔及端面達到最終或工藝尺寸。內孔及端面處的硬度低于刀具硬度，可直接用拉刀拉削內花鍵。如動力鉗上CMN齒輪馬達配對齒輪的漸開線內花鍵就采用了這種加工工藝。這類齒輪也可以在滲碳前，按常規工藝精加工孔。滲碳時，在內孔及孔口兩端面上涂上防滲涂料，滲碳后拉削內花鍵。由于防滲涂料在實際運用時效果不是很好，淬火時還要采用悶頭悶內孔，以延緩內孔的冷卻速度，降低內孔的淬火硬度，便于淬火后修整鍵槽。這些方法均是通過降低內花鍵孔的淬火硬度以便加工，從實際運用上來看， 效果不是很理想。

我公司在對動力鉗輸出齒輪等要求硬齒面花鍵孔的加工時，通過摸索和借鑒，找出一種比較符合我公司實際情況的加工方法。這就是在滲碳前拉出內花鍵，滲碳后直接淬火，熱處理后在壓機上用花鍵推刀推擠修正內花鍵。這種加工方法必須控制齒輪內花鍵孔滲碳淬火后的收縮變形量，以便于下道工序修整內花鍵。

為了能穩定滲碳淬火后齒輪內花鍵孔的變形量，我們首先在齒輪材料以及熱加工工藝上采取了一些措施。鋼材內部組織疏松是導致內孔收縮量大的原因之一。我們嚴格按照國家標準精選材料，同時加大鍛造比，使組織緊密，以減少內孔收縮量。在鍛件中如有魏氏組織與帶狀組織等缺陷，常溫的正火難以消除，組織不均勻使冷加工后殘余應力增加。齒輪滲碳淬火后，內孔變形量增大。因此，嚴格控制鍛造工藝，是減小齒輪內孔變形的重要一環。對于正火溫度，我們經過多次試驗，將其控制在940-950℃，高于滲碳溫度，比較符合我們的實際要求。齒坯充分正火后得到均勻的珠光體與鐵素體，晶粒度為7-8級，齒輪內孔變形變小。

齒輪形狀不同，加熱與冷卻時，各截面的塑性變形抗力不一。同一材料的齒輪經滲碳淬火后，花鍵尺寸相同的內徑徑向收縮量也不同。根據我們多次實際試驗摸索，這兩種形狀的齒輪滲碳淬火后變形規律如下：圖一所示的齒輪（如配對齒輪等），孔的兩端結構對稱，在滲碳淬火后內孔呈反腰鼓形，即孔中部收縮大，兩端收縮較小，且產生橢圓。對于圖二所示的齒輪（如輸出齒輪等），其結構特點是孔兩端壁厚不對稱。此類零件的花鍵孔熱處理收縮變形規律主要是：除孔收縮變形產生橢圓外，還明顯形成錐度。這是因為孔壁薄的一端收縮變形量比孔壁厚的一端收縮變形量大所致。

由此可見，花鍵孔的熱處理收縮變形規律及變形量大小與齒輪的結構形狀有關。要得變形量小就應盡量使花鍵孔的兩端結構對稱且壁厚均勻，并盡量增加孔的壁厚尺寸。對于圖一所示的齒輪，在設計許可的前提下，將孔中部一段花鍵切削掉，其尺寸比花鍵大徑深0.3-0.4（如圖一）。對于圖二所示的齒輪，臺階一端內花鍵切削掉一段。這樣齒輪內花鍵孔將不受臺階一端收縮的影響，而可基本保持孔徑相同。這類齒輪，如以臺階端面為基準進行拉削，由于該端壁薄，易產生彈性變形。拉削后，此臺階部分孔徑往往偏小（壁薄時可達0.03以上）。加上滲碳淬火后，該端孔徑收縮又較大，從而產生錐形孔。如以齒輪端面為基準進行拉削，則可克服上述缺點。

對于內花鍵孔收縮量較大的齒輪，根據花鍵孔的變形規律，適當加大花鍵拉刀徑向尺寸，盡量使滲碳淬火后，花鍵孔尺寸在合格范圍內，這種方法既經濟，效果又好。我們根據實際積累的經驗，相應制定了花鍵孔的拉削尺寸，拉削公差0.021，加工后較好地控制了內孔變形。為了彌補不對稱壁厚的熱處理縮孔變形，我們還采用了漲孔工藝。壁薄端孔漲量稍大于淬火后兩端孔縮量的差值，使熱處理后花鍵孔具有了一個正確的形狀。可用帶錐度的外花鍵或漲芯套漲孔，使花鍵大徑產生塑性變形。此時，大徑的內應力較大，熱處理后應力恢復要增大變形，所以孔漲量稍大。

對于精度要求較高的齒輪，我們還采用了穿心軸淬火工藝，先滲碳后穿心軸淬火。既保證了花鍵齒面的滲碳層深度，又減小了花鍵大徑熱處理變形。淬火心軸的大徑應比花鍵孔大徑小0.05-01mm，理論上減小值應與零件的縮孔變形量相等，但實際取值應稍大一些。淬火心軸的小徑應不大于零件花鍵孔相配的花鍵軸的小徑，以免發生干涉。齒厚應小于花鍵孔齒槽寬，齒厚減薄量在0.5mm左右，防止齒側干涉，同時增加通油量，提高花鍵硬度。

花鍵孔大徑作為齒輪加工、測量及安裝基準，必須具有較高的精度。在上面的工藝措施有效地減小了淬火變形后，我們在齒輪滲碳淬火后采用花鍵推刀在壓機上對花鍵孔進行推擠修整， 使其達到設計要求。

結束語：

經過我們不斷的摸索和改進完善工藝措施，基本上消除了花鍵孔的橢圓度和錐度誤差，有效地減小了花鍵孔淬火變形。使得在齒輪滲碳淬火后采用花鍵推刀在壓機上對花鍵孔進行推擠修整更加方便，提高了刀具耐用度，延長了推刀使用壽命，符合我公司批量生產的實際要求，具有一定的實用推廣價值。

參考文獻

[1]《熱處理手冊》第二卷 機械工業出版社 2008年出版

[2]《滲碳齒輪內花鍵孔淬火變形的預控制》王學淵，《機械制造》1987年04期

[3]《齒輪滲碳淬火變形及其改進措施》 李愛花，《科學創新導報》2008 年第28期

[4]《淺析滲碳淬火齒輪的變形與控制》 謝浪，《機械工人》（熱加工）2002年03期

[5]《內花鍵滲碳淬火變形控制的工藝措施》眭小利，《機械制造》2008年01期

[6]《齒輪滲碳淬火的補償處理》 魯緒芝，《機械工藝師》，2001年05期