專利名稱：滲碳淬火齒圈自整圓熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種防止滲碳齒圈淬火失圓的熱處理方法，具體說是涉及一種滲碳淬火齒圈自整圓熱處理方法。
背景技術：
滲碳齒圈在淬火時特別容易失圓。目前主要采取兩種方法來解決1.淬火后使用壓力機校圓，2.淬火時采用淬火壓床。采用第一種方法即工件淬火后測量其失圓度，根據失圓度大小然后使用壓力機把其校圓，由于工件淬火后硬度高塑性差，校圓難度非常大，工效低，而且校圓效果往往不甚理想，常常出現圓度不達標或開裂現象，廢次品率較高。第二種方法為熱工件出爐淬火時，使用機械手等機構把熱工件放入淬火壓床，在淬火過程中通過專用模具對其施加強大外力防止畸變，該方法工藝參數控制復雜、設備投資大，需要專用設 備和模具，僅適用于批量化生產。
發明內容
本發明正是針對上述現有技術中所存在的不足之處而提供了一種滲碳淬火齒圈自整圓熱處理方法。本發明與上述兩種方法的本質性區別在于在淬火的同時齒圈可自行整圓。淬火的時候對前道工序(滲碳)產生的失圓進行校正的同時也可防止本道工序(淬火)產生新的失圓，淬火后工件圓度即可達標，免去淬火壓床或后續壓力校圓工序。本發明的目的可通過下述技術措施來實現
本發明的滲碳淬火齒圈自整圓熱處理方法的步驟如下滲碳、測量工件圓周不同位置直徑、確定圓周不同位置目標脹量Ad (設計直徑-測量直徑)、計算最大溫差AT、計算圓周不同位置間隙S、放入工裝調整圓周不同位置間隙、淬火、回火；
a、在進行滲碳齒圈淬火時，首先在齒圈內孔中放置與齒圈內孔孔徑具有一定間隙的圓形工裝體，與齒圈一起加熱冷卻；
b、根據齒圈材料的熱脹冷縮特性，即脹縮量——溫度函數關系，利用材料的高溫塑性和相變塑性及齒圈的結構特征，在淬火的同時對工件進行撐脹整圓；
撐脹量采用式(I)計算
Ad ATda -2 δ(I)
式中Δ d —齒圈內徑脹量,單位mm ； δ —工裝與齒圈的單側間隙,單位mm ；
AT—最大溫差，單位V ；
d 一齒圈內徑,單位mm ；
a —齒圈材料線膨脹系數，單位TT1;
C、最大溫差的計算
采用有限元計算機模擬方法對淬火過程中齒圈和工裝的溫度場動態變化進行數值模擬，根據模擬結果分別計算出在塑性溫度區間內齒圈的平均溫度T2和工裝的平均溫度T1隨時間的變化，進而計算出兩者的差值T1- T2隨時間的變化并繪制成平均溫差T1- T2—時間曲線圖，該曲線的最大值即為最大溫差AT;d、間隙計算及間隙調整工裝
由式(2)可計算單側間隙 δ ATda -Ad) /2(2) 0本發明中所述的圓形工裝體是由一圓柱形輪體以及若干個嵌裝在其外圓面上的錐形銷構成；其中，圓柱形輪體采用普通碳鋼制備而成，其外徑小于齒圈內徑，其體積/表面積大于齒圈體積/表面積；錐形銷也是采用普通碳鋼制備而成，位于齒圈內圓面和圓柱形輪體外圓面之間，用于對不同規格的齒圈進行間隙調節。具體講齒圈與圓柱形輪體之間的間隙大小可通過變更錐形銷的插入深度或更換錐形銷直徑規格進行調節，間隙調節到位后，把錐形銷點焊到圓柱形輪體上。該工裝間隙調節非常簡便，而且一種規格的輪可適用于多種規格的齒圈零件，從而可以減少圓柱形輪體的規格，降低生產成本。本發明的有益效果如下
工件淬火后失圓度小、生產效率高、避免校圓開裂、投資少、適用范圍廣，不僅適合批量化生產更適合單件小批量生產。
圖I是本發明滲碳齒圈及其自整圓淬火工裝示意圖。
具體實施例方式本發明以下將結合實例(附圖)作進一步描述
本發明的滲碳淬火齒圈自整圓熱處理方法的步驟如下滲碳、測量工件圓周不同位置直徑、確定圓周不同位置目標脹量Ad (設計直徑-測量直徑)、計算最大溫差AT、計算圓周不同位置間隙S、放入工裝調整圓周不同位置間隙、淬火、回火；
a、在進行滲碳齒圈淬火時，首先在齒圈內孔中放置與齒圈內孔孔徑具有一定間隙的圓形工裝體，與齒圈一起加熱冷卻；
b、根據齒圈材料的熱脹冷縮特性，即脹縮量——溫度函數關系，利用材料的高溫塑性和相變塑性及齒圈的結構特征，在淬火的同時對工件進行撐脹整圓；
撐脹量采用式(I)計算
Δ Td α -2 δ(I)
式中Δ d —齒圈內徑脹量,單位mm ； δ —工裝與齒圈的單側間隙,單位mm ；
AT—最大溫差，單位V ；
d 一齒圈內徑,單位mm ；
α —齒圈材料線膨脹系數，單位TT1;
C、最大溫差的計算
采用有限元計算機模擬方法對淬火過程中齒圈和工裝的溫度場動態變化進行數值模擬，根據模擬結果分別計算出在塑性溫度區間內齒圈的平均溫度T2和工裝的平均溫度T1隨時間的變化，進而計算出兩者的差值T1- T2隨時間的變化并繪制成平均溫差T1- T2—時間曲線圖，該曲線的最大值即為最大溫差AT;其中，淬火過程中齒圈和工裝的溫度場隨時間的動態變化可采用ANSYS等工程上通用的數值模擬軟件進行模擬計算。d、間隙計算及間隙調整工裝
由式(2)可計算單側間隙
δ ATda -Ad) /2(2) 0如圖I所示，本發明中所述的圓形工裝體是由圓柱形輪體I、以及若干個嵌裝于圓柱形輪體I外圓面上的錐形銷3構成。其中，圓柱形輪體I采用普通碳鋼制備而成，其外徑小于齒圈內徑，其體積/表面積大于齒圈體積/表面積。錐形銷也是采用普通碳鋼制備而成，位于齒圈內圓面和圓柱形輪體外圓面之間，用于對不同規格的齒圈進行間隙調節，具體講齒圈2與圓柱形輪體I之間的間隙大小可通過變更錐形銷3的插入深度或更換錐形銷 直徑規格進行調節，間隙調節到位后，把錐形銷3點焊到圓柱形輪體I上。該工裝間隙調節非常簡便，而且一種規格的輪可適用于多種規格的齒圈，從而可以減少圓柱形輪體的規格，降低生產成本。從本發明的式(I)可以看出，根據最大溫差、零件內徑尺寸、線膨脹系數，調整工裝與齒圈間的間隙就很容易控制齒圈的脹量。淬火前測量齒圈圓周方向不同位置的內徑尺寸，據此調節圓周方向不同位置的間隙，從而可控制相應位置的脹量，進而控制齒圈的失圓度。經多次生產實驗證明，該發明實際應用效果良好。
權利要求
1.一種滲碳淬火齒圈自整圓熱處理方法，其特征在于所述方法包括以下步驟滲碳、測量工件圓周不同位置直徑、確定圓周不同位置目標脹量Ad、計算最大溫差AT、計算圓周不同位置間隙S、放入工裝調整圓周不同位置間隙、淬火、回火； a、在進行滲碳齒圈淬火時，首先在齒圈內孔中放置與齒圈內孔孔徑具有一定間隙的圓形工裝體，與齒圈一起加熱冷卻； b、根據齒圈材料的熱脹冷縮特性，即脹縮量——溫度函數關系，利用材料的高溫塑性和相變塑性及齒圈的結構特征，在淬火的同時對工件進行撐脹整圓； 撐脹量采用式(I)計算 Ad^ A Td a -2 6(I) 式中A d —齒圈內徑脹量,單位mm ； 8 一工裝與齒圈的單側間隙，單位mm ； AT—最大溫差，單位V ； d 一齒圈內徑,單位mm ； a —齒圈材料線膨脹系數，單位TT1; C、最大溫差A T的計算 采用有限元計算機模擬方法對淬火過程中齒圈和工裝的溫度場動態變化進行數值模擬，根據模擬結果分別計算出在塑性溫度區間內齒圈的平均溫度T2和工裝的平均溫度T1隨時間的變化，進而計算出兩者的差值T1- T2隨時間的變化并繪制成平均溫差T1- T2—時間曲線圖，該曲線的最大值即為最大溫差AT; d、間隙計算及間隙調整工裝 由式(2)可計算單側間隙 6 ^ ( ATda -Ad) /2(2) 0
2.根據權利要求I所述的滲碳淬火齒圈自整圓熱處理方法，其特征在于所述的圓形工裝體是由一圓柱形輪體以及若干個嵌裝在其外圓面上的錐形銷構成；其中，圓柱形輪體采用普通碳鋼制備而成，其外徑小于齒圈內徑，其體積/表面積大于齒圈體積/表面積；錐形銷是采用普通碳鋼制備而成，位于齒圈內圓面和圓柱形輪體外圓面之間，用于對不同規格的齒圈進行間隙調節。
全文摘要
一種滲碳淬火齒圈自整圓熱處理方法，其特征在于所述方法包括以下步驟滲碳、測量工件圓周不同位置直徑、確定圓周不同位置目標脹量Δd、計算最大溫差ΔT、計算圓周不同位置間隙δ、放入工裝調整圓周不同位置間隙、淬火、回火；其中在進行滲碳齒圈淬火時，首先在齒圈內孔中放置與齒圈內孔孔徑具有一定間隙的圓形工裝體，與齒圈一起加熱冷卻；并根據齒圈材料的熱脹冷縮特性，即脹縮量——溫度函數關系，利用材料的高溫塑性和相變塑性及齒圈的結構特征，在淬火的同時對工件進行撐脹整圓。
文檔編號C23C8/20GK102851671SQ20121038899
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者顧敏, 趙少甫, 王愛香, 李寶奎, 許鴻翔, 趙逸超 申請人:鄭州機械研究所