同步器齒輪座壓淬變形分析及控制

李翔

摘 要：通過控制同步器齒輪等溫正火的控制和改進加壓前的滲碳空氣冷卻鉗位模式，同步器齒座壓淬的變形控制能力得到了有效的提高。由于淬火后的變形較大，特別是圓度超差是最嚴重的。為了解決真正的圓度問題，需要使用壓淬處理，大量的人力資源和材料資源被浪費。文章分析了產生變形的原因，從原材料、熱處理工序和設備情況等方面進行有效分析。

關鍵詞：同步器齒輪座;壓淬變形;分析

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）14-146-03

Abstract： By controlling the isothermal normalizing of the synchronizer gear and improving the carburizing air cooling clamping mode before pressurization， the deformation control ability of the synchronizer gear holder during press hardening has been effectively improved. Because of the large deformation after quenching， especially the roundness out of tolerance is the most serious. In order to solve the real roundness problem， it is necessary to use press hardening， and a lot of human and material resources are wasted. This paper analyzes the causes of deformation， and makes effective analysis from raw materials， heat treatment process and equipment.

Keywords： Synchronizer gear base; Press hardening deformation; Analysis

CLC NO.： U466 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）14-146-03

前言

該公司制作了同步器齒輪是變速箱高低檔切換的重要零件，所有部件不能采用熱處理，這種具有變形很大的滲碳和直接淬火過程。本公司采用的熱處理流程是滲碳空冷、二次加熱、沖壓淬火、清洗、回火。控制該零件的主要大小參數是由外齒輪的公法線值和內花鍵M值。在壓淬后，這兩個尺寸參數在大多數情況下可以被有效地控制，但是在有一些情況下，未知原因的變形仍然存在，并且在批量增加，也在控制變形，在這樣的情況下，導致產品廢料。由此我們發現了變形量超差的主要原因，并改進了在允許范圍內的控制變形。

1 壓模淬火的工藝概述

對壓膜淬火工藝進行有效分析，其主要是一種具有特殊化性質的模具薄片加熱過程，并且需要在加熱的過程中采用無氧化加熱的模式，除此之外，還需要根據冷卻介質的不同，以及以模具構造之間存在的差異，采用兩種淬火的方式，第一種為水冷式淬火，第二種為油淬的方式。

在具體壓膜淬火的和過程中，如果應用水冷卻模具，需要待水經過循環過后，再進入到相應的模具腔之內，在此過程中的水不會與產品形成直接性的接觸，這種工藝操作較為簡單，并且一般情況下，對較為簡單的成型工藝較為適用，同時如果產品的直徑小于200毫米的情況下也較為適用。對水冷模工藝進行分析，其不僅具有非常優良的特性，同時這種工藝具有較低成本，并且操作非常簡單容易的優勢，但這種工藝也有相應的缺點存在，主要是這種工藝在控制的過程中，不容易對較低輸出質量的控制，因此，這種工藝在實際操作中也并非十分常用。

2 對原材料檢驗

（1）項目包括化學成分，硬度，低功率結構，帶狀組織，晶粒度，非金屬夾雜物等。測試結果表明： 化學成分，硬度，低功率結構和非金屬夾雜物均在國家標準和圖紙要求的合格范圍內。 帶狀組織很嚴重，達到3級，并且晶粒具有混合晶體。

（2）分析。帶狀組織的形成是由于組合物中存在的微觀不均勻現象產生的。帶狀組織的產生導致材料里面的各向異性成分過多，增加了淬火變形。還有一種混合晶體，混合晶體的產生也是因為結構的不均勻現象。其中的原因是與分離有關系，混合晶體對于材料的變形也有著非常大的影響。帶狀組織和混合晶體這兩個項目必須要嚴格來控制，級別需要越低越好。

3 重新驗證

我們重新檢查了熱處理工藝的合理性，發現某些產品的滲透深度受到了強制控制。例如，穿透7A的第三、第四和第五齒輪套筒需要0.4-0.7毫米，而實際平均深度是0.6-0.8毫米。原因是共滲時間太長，所以原來的過程是860℃×220min，強滲透;860℃×70min，擴散，然后將溫度降低到815℃×30min，淬火。

分析：許多實驗和理論分析表明，強滲透和擴散溫度合適，強滲透時間過長，滲透層深度變深。

4 熱處理設備情況

（1）淬火油中存在大量的殘留物，這種殘留物是水垢和污泥，這兩種殘留物由于大量存在，并且長時間的沒有去除。通常殘留物會慢慢沉淀，最后留在底部。這種殘留物由于長時間存在，大大降低了淬火油在里面的流動性，有可能會導致堵塞，而且還可能在各種分組淬火過程中使得冷卻不均勻，增加了淬火變形的提高。

（2）測量爐中溫度的準確性和均勻性。1號淬火加熱爐：實際溫度為877℃，設定溫度為860℃，實際溫度比設定溫度和顯示溫度高17℃。

5 整形方法

5.1 回火整形

滲碳淬火后的齒套清洗后，將齒套冷壓 在外花鍵芯棒上（有一個試驗最佳值），然后在180-200攝氏度保溫3小時，出爐空冷，然后取下齒套。失園度0.10-0.15mm之間的齒 套整形后，失圓度小于0.07mm占10%左右，其效果主要取決于滲碳淬火后的齒套失圓度的大小。

5.2 壓淬整形

將滲碳后的齒套在再次加熱到AC/3以上30-50攝氏度，保溫后將熱工件放在淬火壓床的芯軸上進行壓淬，芯軸采用花鍵形式。

工藝流程：壓淬-回火-拋丸清理。

對齒套進行測量：內花鍵M值增大，變動量在一個較大的公差帶內。

外圓跳動：滲碳后，壓淬前小于0.10mm，壓淬后小于0.10mm占98%，滲碳后，壓淬前大于0.10mm，壓淬后小于0.10mm占22%.

光芯軸壓淬齒套，用齒套內花鍵齒項定位，壓淬后齒套內花鍵M值變化不穩定， 不利于裝配。

5.3 其他整形方法

熱處理前齒套與齒轂裝配后，整體淬火。

滲碳淬火后，對齒套與齒轂解剖檢驗，其有效硬化層，金相組織，表面硬度均符合技術要求，與二者分開處理無太大差異。

冷壓整形：齒套進行冷壓整形是在齒套外圓跳動最高點施加壓力，進行校正，校正后進行回火，以消除內應力。

調整機加工工序：將車齒套拔叉槽工序改在擠齒工序之后，有利于減小機加工變形量。

6 齒座淬火變形分析及解決措施

在淬火、冷卻的初期階段，壁部薄的冷卻速度非常快，熱收縮較大，但壁部厚的冷卻速度較慢，熱收縮小，熱應力的產生各有不同，各部件的塑性變形也都不同。根據齒輪支架外徑的檢查，檢查后還發現小于200的尺寸在淬火后成喇叭狀。因此，一般來說，本公司采用的滲碳空冷+二次加熱及沖壓淬火的熱處理方法，可以通過淬火來補償由于不同應力引起的不同塑性變形。其結果，可以在規定范圍內控制工件的變形。但是，滲碳空冷后的工件批次嚴重變形，淬火后無法有效控制。這表明變形程度超出了淬火模具可以控制的尺寸范圍。經過分析和討論，初步懷疑毛坯等溫正常化較差，組織應力過大。熱處理后，隨著加工應力而釋放，導致零件變形不可控制。我們的齒輪座毛坯已由外部制造商標準化。對一批零件的坯料進行金相檢查后，在100x金相顯微鏡下觀察坯料正火組織。

從圖1可以看出，這個零件的正火組織不是很好，并且帶狀明顯更為嚴重。這說明了在此批次中的零件都沒有嚴格的執行毛坯等溫正火，這個有效過程。說明我們其中初步判斷是正確無誤的。想要進一步找出滲碳空冷后為何嚴重變形的另外原因，我們具體觀察了怎樣有效使用滲碳空冷裝夾的方法，以及工具的使用。根據研究發現，在齒片的滲碳空冷過程中，工藝中需要指定的平裝方法并沒有違法工藝要求，但是在某些平裝格架中已經發生了嚴重的變形，并且中心凹入非常嚴重，使用滲碳空冷后，發現這可能是工件變形的重要原因之一。

由于具體分析的原因可以看出，需要從兩個方面來改善變形這個問題：第一種是毛坯等溫正火方法;還有一種是滲碳空冷裝夾方法。在車間中第一次使用易普森多功能熔爐后，對于第二組的分離毛坯進行了等溫正火的處理。科學技術在溫度達到150mm是要采用960T，之后等待逐漸冷卻達到880T后進行風冷。完成加工后，對坯件進行100倍顯微鏡下的金相檢查，并且在金相顯微鏡下觀察其內在標準化結構，詳情見圖2。

從圖2可以看出，再等溫正火后，金相組織得到很大改善，珠光體和鐵素體之間的分裂變得均勻。還要確保毛坯供應商不嚴格遵循零件批次的等溫標準化過程。同時，可以交換一批平整的格架，可以去除一些凹入的格架，以在滲碳過

程中保持工件平整，因此外力因素不會阻止工件在空冷過程中變形。準備就緒后，再次根據第一組的加工方法對坯料進行等溫正火，并對每個階段的尺寸進行后續檢查。根據檢查結果，在壓淬之后對這一組中加工的零件的所有兩個主要尺寸進行認證，并且在壓淬之后還校正了個別滲碳空冷之后略微超出公差的尺寸。

本次改善后，公司對于后續零件進行了同樣的處理，壓淬后的齒座成品合格率有明顯提升，有效的降低了該同步器齒座的費損率。

7 結論

（1）通過文章所進行的改善和相應的處理工作，可以在淬火壓膜過程中，有效證明出此工藝可以在一定有效的范圍中，不僅可以有效保證零件具有非常精準的尺寸，并不能在零件尺寸變形過程中得到有效作用，并且沒有辦法保證其具有良好的有效性。但是，經過更深層次的分析和研究，可以有效證明滲碳剛毛坯在進行預處理的過程中，對于即等溫正火中，有著不可或缺的作用。

（2）經過這次改善，公司減少了大量的零件廢損，并且得到公司的高層的關注。讓公司對于在技術層面面對毛坯的等溫正火有了更加深層次的認識，對于其技術層面的支持給予更多的保證，這樣對于提高熱處理在機械加工行業中地位也有了很有效的幫助。

（3）這次改善也具體說明了壓淬前對于滲碳空冷環節是非常重要的，滲碳空冷這項技術可以保證在熱處理工件變形的時候是可以做到有效的控制，并且是有規律可循的。在毛坯到成品的各個環節之中，需要對各個環節進行進行有效把控，這樣才能使所有問題控制到做到最好。

參考文獻

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