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轴类零件在热处理时其内花键变形的研究

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张宇

(齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司)

  本文主要对轴类零件在进行热处理的过程中影响其发生变形的各种因素进行探究,并对轴类带内花键零件在不同的装卡方式下,在经过热处理后产生的尺寸变化进行分析,同时提出相应的解决对策,优化装卡方式,保证在经过热处理后减小零件的变形几率,提高产品的合格率。在对轴类零件进行热处理的过程中,在不改变热处理方式的条件下,只有优化装卡方式,才能有效减小零件受到的影响。

  零件在经过热处理时会发生一定的变形,为了保证零件在经过热处理加工后零件尺寸与图纸一样,降低零件热处理后的尺寸超差,经常会在对零件进行热处理之前的冷加工过程中,为热处理留有一定的余量。经过多年的研究和探索,人们对于这种处理方法有着一定的经验,在进行热加工的过程中对于零件尺寸的把握有着一定的准确性,但是热加工处理的过程中,是比较复杂的,能够影响零件热变形的因素也有很多,因此在热加工的过程中还会存在着一定的失误,无法完成图纸的要求,对于我国的机械行业来说是一个比较大的难题,一直以来都影响着我国机械行业的发展。

  影响轴类零件热处理过程中发生变形的主要因素

  对于热处理变形来说,从最开始的原材料到完成成品的过程中,能够影响其变形的因素是非常的多得,各个环节中都会存在着一定的影响因素,导致零件在最后成型之后出现变形的情况。零件的原材料、零件预备热处理、零件原始组织、零件的形结构设计、热处理工艺、热处理过程中各个因素、碳势、渗碳温度、淬火温度、淬火介质、淬火时间、装料方式以及热处理设备等,这些因素的存在都会对零件的热处理产生一定的影响,从而导致零件出现热变形的情况。此外,每台热处理炉的加热系统以及测量系统等都会存在一定的差异,从而就会出现一种现象,不同的热处理炉在对同一批零件进行热处理,会出现不同的变形量。在实际的热处理过程中,零件热前应力、形状和尺寸以及金相组织等都已经完全确定,很难再对其进行调整,同时渗碳温度以及时间等相关的参数又会对零件的热后硬度以及渗碳层深度等产生一定的影响,因此从装卡方式方面着手,使其显得更加的简单、方便。

  实验方法与结果分析

  在对轴类零件进行加工的过程中,零件的内花键变形是一个非常难控制的问题,在热处理过程中,内花键经常会出现通规不通的情况,在对零件进行热处理的过程中,需要对热处理条件进行一定的调整,对零件的变形进行调整,从而保证零件在经过热处理之后能达到图纸原有的要求。

  (1)本次实验以汽车零部件的输入轴为实验目标,选择SAE8620H作为零件的原材料,要求零件的压力角为30度,齿数为28,大径为58.09mm,模数为2.00mm,跨棒距为50.681±0.12mm,齿宽为25.6mm,量棒为φ3.5mm。

  (2)首先对内花键M值的热处理变形量进行估算,估算其变形量为0.2mm,因此该零件的热前差内花键尺寸为50.92±0.02mm。

  (3)在对轴类零件进行热处理过程中,其工艺首先是对其进行渗碳,然后进行淬火,最后是回火。对零件进行渗碳的主要目的是为了提高零件表面的耐磨性以及硬度,同时保证零件内部有着一个良好的韧性,提高零件的质量和使用寿命。

  (4)在对其进行第一次试验时选取十个零件作为跟踪件,并对这十个跟踪件进行标号,分表是1~10。在将这十个零件进行热处理之前,先对两件的内花值M进行测量,在测量时取其两处数值,然后取其平均值,从而避免因为测量随机性而导致的误差。

  (5)通过实验可以发现,零件经过热处理后实际热变形量为0.204mm,实验之前的估算是0.2mm,证明热加工之前所预留的热变形量的误差是合理的。内花键M值控制在图纸所要求的范围之内,但是在对其进行通止规检验的过程中却无法通过。经过实验,最开始所选取标号的十个零件全部没有通过通止规检验,全部都不合格,与这十个零件一起装炉的还有177个零件,其中有42件零件没有通过通止规检验,有145件零件通过检验,其不合格率为22.45%。

  (6)在对零件进行入炉装卡时所采用的方式基本上都是以内花键朝上装卡为主,通过实验和工作经验总结发现,在将零件进行入炉装卡的过程中采用内花键朝上的方式进行装卡,能够有效降低内花键的变形量,从而有效的减小对终止圆的直径变形。

  (7)在原有条件都不变的情况下改变零件入炉的装卡方式对其再次进行试验,在改变装卡方式的同时加入补偿套,以此来减小零件的热变形量,试验结果证明,改变零件的装卡方式能够有效减小零件的热变形量。为了能够更加准确的确认装卡方式是否能够减小零件的热变形量,在一切试验方式都都不变的情况下再一次进行跟踪试验,此次选择60件试验零件,结果有52件零件通过通止规检验,只有8件零件没有通过检验,其产品的不合格率只有15%,相别最开始的22%的不合格率降低了7%,具有比较显著的效果。

  总结

  轴类零件在进行热处理的过程中,内花键的尺寸比较多,一些相关的参数也是十分复杂的,对于工艺的要求也是十分的严格,想要将其合格率达到100%是不可能的,因此采用比较简单的方式将其合格率提高了7%,已经是比较大的进步了,对于我国机械行业的发展提供了一份助力。

来源:《山东工业技术》2018年12期