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1、通过对薄壁硬齿面内齿圈的工艺研究和试制，从零件锻造、加工和热处理等全过程采取措施，提高了零件的齿部精度和稳定性，提高了产品合格率。图1所示矿山工程用内齿圈零件外径为570mm,最大内径为509mm,壁厚为30mm。其壁厚为外径的1/20,属于薄壁类零件。零件材料为35CrMo,热处理方式为调质+渗氮，要求齿部硬度2500HV,深度20.5mm,加工困难，热处理变形严重。图1内齿圈零件结构零件的试制包括锻造毛坯、机械加工、设计专用工装、热处理及生产运输等多道工序,经多次减小加工应力、热处理应力，使零件获得了较好的齿部精度和稳定性，同时大幅提高了产品合格率。加工工艺针对零件易变形的特点，确定内齿圈
2、加工的主要工序为：锻坯一正火一粗车一探伤一调质f半精车一粗插齿一低温时效一精车一组合磨一精插齿一钳工一氮化f检测。毛坯锻造毛坯锻造工艺过程为：下料一加热一徽机一压平一冲孔一辗环一正火。毛坯的制造采用钢锭锁粗冲孔后碾环的方式，改进了金属的致密度，细化了粗大的晶粒，可获得均匀的壁厚。锻后及时正火处理，可获得较小的毛坯热应力，提高了切削性能。同时，碾环工艺使材料利用率提高12%左右，降低了生产成本。粗车、探伤粗车工序切除加工表面的大部分加工余量，保证外圆、内孔留余量8mm,端面单边留余量4mm,表面粗糙度值达Ra=6.3m,为后续探伤做准备。通过探伤工序，对零件内部质量进行检验。调质通过调质作为预备
3、热处理工序，减少渗氮的畸变，使零件既获得较高的强度，又获得优良的韧性、塑性及切削性能。调质采用的工艺为：850加热X1.5hf油淬火f600C回火X1.5h-*炉冷一空冷。调质时应注意全程起吊为平装，采用分段加热，淬火转移时间控制在30s内，炉冷至400C等温一段时间再空冷。通过调质可达调质硬度217250HBW。半精车、粗插齿半精车工序底部端面向上找正、夹紧，对自由公差的外圆、内孔和齿顶圆车削至设计尺寸，其余外圆留余量2mm,并保证齿外圆表面粗糙度值达Ra=3.2m,作为插齿工序找正基准；零件翻面车其余尺寸至设计要求。粗插齿工序，顶部端面向上，按己车齿顶圆找正、夹紧，找正误差005mm,采用
4、B级插齿刀进行插齿，公法线留余量Imm左右。热处理时效高温时效是由室温缓慢均匀加热到550进行去应力退火，保温6h,再严格控制降温速度至温度150以下时出炉（要求炉内温度差在25内，升温速度50Ch,降温速度W20oCh,避免产生二次应力）。通过该工序去除前期应力，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善力学性能。精车、插齿精车工序对称找正齿顶圆8个点，180方向公差W0.04mm,90方向公差0.08mm,夹紧，采用专用扇形车削夹具可增大夹具与工件的接触面积，车各部尺寸至图样要求。上止口车削一段表面粗糙度值达Ra=3.2m,作为插齿工序找正基准。零件调头按相同工艺车削至图样要求。插齿工序，顶部
5、端面向上，按己车找正带找正，采用A级插齿刀插齿。其中，第一次插削后余量为公法线0.2mm,切削速度采用16次/min；磨刀后插削到位，切削速度采用12次min,加工至图样要求后，为避免齿部锥度，在径向进给量为Ommz的情况下走一圈。氮化氮化采用的工艺为：清洗一烘炉一升温一保温一升温一保温一降温一空冷。氮化前应清洗干净。氮化装炉采用平装，摆放要平稳，无倾斜悬空。采用二段气体氮化处理，先进行200C烘炉和300C预氧化，再采用520CX15h,氨气分解率25%左右；二段渗氮560CX12h,氨气分解率50%左右；最后以40Ch的降温速度炉冷至160出炉空冷。满足渗氮深度20.5mm的要求。经对试块
6、检验分析，渗层和硬度均符合技术要求，工件变形0.02mm。结语内齿圈材料为常见的35CrMo渗氮钢。由于零件结构属薄壁类，故对生产技术要求较高。零件畸变是个系统工程，前期的毛坯制造、预备热处理、加工制造、生产转运及热处理过程衔接直接影响最后的结果。加工过程采用统一基准，以减小加工应力。齿圈氮化处理通过合理的装炉方式、气压和温升，来保证渗氮变形。通过对多工序的严格控制，试制零件最终达到工件直径变形0.02mm径向圆跳动0.02mm及齿部精度7级，完全满足图样和使用要求。该文针对薄壁齿圈的加工难点，在工艺试制过程中，从锻造毛坯、机械加工、专用工装及热处理工艺等方面采取措施，以减小变形应力，提高了零
7、件的齿部精度和稳定性，为薄壁齿圈的加工和质量控制积累了经验。文章的亮点是工艺过程的完整性。工序内容简明扼要，无一句冗词赘语。精车和插齿工艺基准一致，热处理过程衔接合理，通过对多工序的严格控制，试制零件的齿部精度完全满足图样要求。附几种齿圈的热处理畸变控制方法由于齿圈直径与齿圈宽度（或称高度）尺寸相差悬殊，在热处理过程中，经常出现内孔圆度、端面平面度及锥度畸变超差问题。齿圈热处理畸变是其热处理过程中最常见的缺陷之齿圈的加工工序更杂、畸变合格率低、加工余量大、废次品率高、成本高，而且产品精度低、噪音大，严重影响其使用寿命。为此，通过冷加工与热加工配合、优化工艺、改进装夹（炉）方式、采用先进热处理工
8、艺与装备等方法，以提高齿圈热处理畸变合格率、加工精度，降低产品加工成本，减少废次品。改进与优化热处理工艺控制齿圈畸变1 .采取预处理工艺方法减小大型渗碳齿圈畸变大型齿圈2180mm（外径）1750mm（内径）550mm（宽度），材料17CrNiMo6钢，热处理畸变要求严格。但经过渗碳淬火后，通常齿顶涨大量45mm,有时达67mm.对此，采用以下控制措施：（1）预处理工艺的制定采用调质工艺，即860加热淬火（比最终淬火温度高2030C）,并经650C高温回火。将其内孔直径涨大量控制在810mm以内，较为理想。以后按正常的工序，经过渗碳降温空冷，然后进行（82010）C均温后，淬入170的硝盐浴中
9、冷却，再经210两次回火,其齿顶圆直径仅比渗碳淬火前涨大2mm左右，满足了预期的涨大量，并且齿圈的圆度、上下锥度等均满足要求。（2）工艺要点严格控制调质时的淬火温度，如果温度太低，则不能很好地起到减少涨大畸变的作用;反之，温度太高，则渗碳淬火后的齿顶圆尺寸可能产生收缩，因此需要进行试验。2 .改进热处理工艺减小三轮车从动齿圈热处理畸变三轮车变速箱从动齿圈（见图1）,材料20CrMnTi钢，热处理技术要求：碳氮共渗的深三0.6-l.0mm,齿面与心部硬度分别为5864HRC和3548HRC,螺纹孔与单链槽位置度公差为0.05mmo装炉前10个M8螺纹孔用防渗涂料堵塞，经850860C碳氮共渗后，
10、直接淬火、回火。检验后发现，螺纹孔和单链槽的位置度超差，防渗涂料不易脱落。其改进工艺及效果如下:（1）改进工艺制齿成形一碳氮共渗后缓冷一车（削）渗层、拉（削）键槽、钻孔、攻螺纹一850860C加热淬火一低温回火一加盖（保护螺纹孔）抛丸处理磨（削）辐板一检查。（2）改进效果3 检验，从动齿圈热处理畸变合格率达95%以上。10-M8均布图I从动齿圈示意4 .采用热处理新工艺及新工装控制大型齿圈热处理畸变矿用轧机减速器齿圈，外形尺寸为1631mm（外径）1364mm（内径）X30Omm（宽度），单件质量1434kg,法向模数20mm,齿数78,材料为20CrNi2MoA钢，要求渗碳淬火。（1）修改后
11、齿圈技术要求为控制与减少齿圈热处理畸变，对其部分技术要求进行了修改。修改后齿圈的技术要求见表1;渗碳前调质处理，调质硬度217255HBW;有效硬化层3.90510mm0（2）新工艺将锻后正火改为正火+高温回火。渗碳后增加球化退火工序，保证渗层碳化物颗粒尺寸1m其球化退火工艺见图2。图2中工艺a与工艺b所得结果基本相同。（八）二段等温球化退火（b）一段等温球化退火图220CrNi2MoA钢齿轮球化退火工艺新工艺路线：锻造一正火+高温回火一粗车一探伤一调质一精车、铳齿一渗碳一球化退火一淬火、回火一抛丸清理f精车内孔及两平面一磨内孔及两平面一磨齿f插键槽f探伤一产品。工装设计：设计上、下压盖板，控
12、制齿圈畸变，具体见图3。图3齿圈热处理夹具示意1.齿圈2.上盖板3.下盖板（3）检验结果齿圈表面硬度、心部硬度及有效硬化层深度均达到技术要求；齿圈表面碳浓度为0.76%（质量分数），采用分段球化退火后碳化物颗粒尺寸达0.5um；金相组织马氏体、残留奥氏体为2级，碳化物为1级，心部铁素体为2级；力学性能各项指标达到图样技术要求；齿圈公法线变动量在畸变检验，内孔圆度0.90mm,齿顶直径变化量为+3.1+4.0mm,+0.2+0.6mm,均达到技术要求。表1修改后齿圈的技术要求有效硬化层深mm3.905.10齿面硬度HRC58-62心部硬度HRC30-45渗碳层表面碳浓度（%）0.750.95热处
13、理后心部力学性能bMPasMPa5(%)(%)1100280028235kJcm-22605 .改进热处理工艺并采取模具矫正方法控制大型超薄齿圈渗碳淬火畸变大型传动齿轮箱超薄内齿圈，外形尺寸1120mm（外径）X944mm（内径）X26Omm（宽度），材料17CrNiMo6钢，重量550kg,热处理技术要求：渗碳淬火有效硬化层深2.402.90mm,齿面与心部硬度分别为5862HRC和3038HRC,金相组织符合企业标准，晶粒度不粗于6级。热后畸变要求：锥度1.35mm,圆度1.35mm,公法线变动量W0.7%。,齿顶圆缩小量l5%o(1)原加工路线、工艺及齿圈畸变问题原加工路线：锻坯粗车一钻
14、削一插齿一渗碳淬火一喷丸处理一精车一磨齿一成品。原渗碳工艺路线为：预热65(CXlhf渗碳(93O1O)CX5Oh-降温，出炉前保温83OCX2h一出炉空冷一高温回火680CX4hf淬火加热(82010)X2.5h一硝盐等温淬火(16010)C低温回火(21020)CXIOh一出炉空冷。齿圈清洗后涂刷防渗涂料，每炉5件，渗碳气氛采用甲醇+异丙醇富化气。经检验，其他项均符合技术要求，但齿圈畸变较大。(2)改进工艺在齿圈插齿前粗加工后进行高温正火。为减少残留应力及热应力，降低渗碳温度，前期增加阶梯升温的阶段数。改进后增加了400C和850段等温，适当降低淬火温度。经检验齿圈畸变降低了一个等级，但仍
15、偶有畸变超差的情况。其渗碳工艺见图4。渗碳矫正淬火工艺及齿圈淬火冷却采用模具矫正法。齿圈渗碳矫正淬火工艺曲线见图4。实行模具矫正淬火，将模具和齿圈一起冷却，使齿圈在冷却过程中通过模具得到强制矫正，在随后的长时间回火处理过程，消除了淬火冷却时产生的应力，稳定了齿圈尺寸，防止了畸变的反弹。畸变检验结果比较理想。图4大型齿圈渗碳矫正淬火工艺曲线6 .通过调整热处理工艺减小齿圈畸变TY320、TY220及D65等变速箱中JTOOl齿圈，外齿直径318.1mm,内齿直径251.7mm,宽度为51.5mm。材料为42CrMo钢，调质硬度262302HBW；氮化处理后M要求0.1OmmO(1)原热处理工艺及畸变情况毛坯正火(880C3h)+粗车后调质(盐浴820C0.5h,油淬+回火)+校正+精车后时效处理(3OO0C5h)+插齿+离子氮化(520)后随炉冷却。经检验，M值及变动量超差，齿圈畸变合格率仅为70%左右。(2)改进工艺及效果将原来先调质后校正再氮化改为先校正后调质再氮化，齿圈畸变合格率达到98%以上,齿圈M值变动量由调整前的最大0.46mm减小到调质后的
