端齿盘的热处理(上)- 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

竺 堡 l T op ic a l R e vie 端齿盘的热处理 ( 北京第一机床厂( 1 0 1 3 0 0 ) 曹灵生 端齿盘又称分度盘、端齿分度盘、端 齿盘连轴 器、端齿离合器及离合器等，有的也俗称为鼠牙盘或鼠 齿盘。根据在一套端齿盘中的作用还可称作动齿盘、定 齿盘和锁紧齿盘。端齿盘是一种具有自 动定心功能的精 密分度元件，是机床分度设备的关键部件，现在制造的 精密端齿盘分度误差己可达 ( 5 1 )，并且重复定 位稳定，广泛用于加工中心、柔性单元、数控机床和各 种回转工作台上。端齿盘以其齿形可分为直齿端齿盘和 弧齿端齿盘两类 ，弧齿端齿盘具有更好的 自动定中心 的功能 ，且耐磨损，使用寿命长 。端齿盘以所配合的 数量，可分为2 P C C 两件套端齿盘 ( 或两体端齿盘)和 3 P C C 三件套端齿盘 ( 或三体端齿盘)，见图1 。 图1 两件套弧齿端齿盘和三件套弧齿端齿盘示意图 两件套端齿盘，结构简单，便于作为标准部件用 于分度装置，兼容性强。三件套端齿盘，分度工作台不 必抬起，可用于重型加工，有效防止内部切屑进入工作 台。 端齿盘在工作中，由于经常进行频繁的分度，承 受扭转、冲击等多种载荷，因此要求有足够的强度、韧 度、耐疲劳、耐磨损及精度稳定性。 端齿盘是数控机床的主要功能部件，目前已有专 业厂生产各种规格的端齿盘可供机床企业选购使用。大 _ !堕箜 !盟垫 丝 堡 堡 垄 参 曷 工 热 加 工 w wme t a l w o r k in g1 9 5 0 c o m 嘞 季 黪 参 施 部分端齿盘属薄环类零件，齿在一端面的平面平顶处， 因而端齿盘在热处理时极易产生畸变，专业厂批量生产 时，有条件的可采用淬火压床淬火，以使端齿盘在淬火 过程中不产生较大的畸变，并简化热处理工艺。而大部 分机床厂 由于一次处理的数量少，无条件使用淬火压 床。本文仅介绍不使用压床淬火时端齿盘的热处理。 一 端齿盘常用材料 端齿盘要求高的耐磨性和耐冲击、耐疲劳，因此 选用的钢材主要有：渗碳结构钢、渗氮钢和中碳结构 钢，见表l 。 表1 端齿盘材料 钢种 钢号 热处理 1 5 C r Mo 、2 0 C r 1 正火或调质 2 0 C r Mo 2 肘 效或预热 渗碳结构钢 2 0 C r Mn T i 3 渗碳淬火s O 8 一 C 5 6 2 0 C r Mn MO 4 稳定化处理 1 调 质 3 8 Cr M o Al 2 肘 效 渗氮钢 3 渗 氮 ：渗 层深 度 0 3 3 8 C r M o Al A 0 6 mm， 表面硬度8 5 0 HV 4 稳定化处理 1 调质 中碳合金 4 2 C r Mo 2 肘 效 结构钢 4 O C r 3 表 面感应淬火G 5 6 4 稳定化处理 一 般要求齿表面耐磨性高 ，而要求其强度不高的 端齿盘可选用渗氮钢 ；既要求齿面有高的耐磨性，又要 求齿有高强度的端齿盘可选用渗碳结构钢：齿数多，全 齿高较少，譬如全齿高在1 3 ram 以下的可采用中碳结构 钢表面淬火。 二、渗碳结构钢端齿盘热处理工艺 1 渗碳结构钢端齿盘热处理工艺特点 渗碳结构钢端齿盘在热处理时产生的畸变主要有 内孔 ( 及外圆)圆度变差 ( 即产生了椭圆变形)；端面 平面度变差，并产生了蝶形变形。其工艺制定是围绕尽 量减小畸变进行的： ( 1 )渗碳结构钢端齿盘渗碳后根据所使用淬火油 的冷却速度选择淬火温度：淬火油冷却速度快，淬火温 度应选择低一些；反之，应选高些。 ( 2 )淬火油对畸变大小有很大影响，因此，截面 尺寸不大的端齿盘选用冷却速度较低的淬火油 ， 如分级 淬火油较为合理。 ( 3 )采用多用炉渗碳淬火时 ，端齿盘的装炉方式 对其畸变影响很大 ：壁厚 ( 外径与内孔的差值)件采用 径向悬挂方式 ，淬火后内孔与端面畸变均易合格 ；采用 平放的方式，端面平面度较悬挂的差，另外悬挂装炉一 次装炉量大，比较经济 ，因而壁厚件采用悬挂方式装炉 较好。 壁薄件采用径向悬挂方式 ，淬火后内孔畸变较大 ( 易造成椭圆)，端面畸变较小；采用平放方式内孔畸 变较小而端面畸变较大 ； 考虑到校正内孔椭圆的难度较 大，而校正端面畸变较易，因此薄壁件采用平放的方式 装炉较好。采用平放装炉时 ，表面积较小的端面应向下 放置。 ( 4 )渗碳结构钢端齿盘上往往有配打孔或配打螺 孔，渗碳淬火时应做防渗碳处理。在生产中经常发生由 于操作不当导致防渗碳效果差 ，配打孔困难以致报废的 情况。 做防渗碳处理时 ，如使用涂防渗剂的方法防渗 时，应做到：先将防渗处表面用丙酮等溶剂清洗干 净 ，均匀涂第一遍防渗剂，自 然晾干 ，涂第二遍防 渗剂，自然晾干后即可装炉。 ( 5 )易产生畸变的端齿盘 ，可在渗碳前增加时效 或进行预热，以消除加工应力，减少渗碳加热时发生的 畸变。 ( 6 )要求精度高的端齿盘在精磨前还应做稳定化 处理 。 2 渗碳结构钢端齿盘的热处理质量要求 ( 1 )表面硬度、硬化层深度 ( 渗层深度)按图样 和工艺要求；防渗处硬度3 0 HR C；畸变按工艺要求 T op ic 口 I R P vie I 竺 堡 些 ( 工艺要求往往是按热处理实际能达到的和之后的磨削 加工后能满足零件精度及力学性能来调整的)。 ( 2 )金相组织 ： 渗碳件渗碳淬火后金相组织应为 马氏体和少量残余奥氏体及点状碳化物。金相组织按 QC T 2 6 2( 汽车渗碳齿轮金相检验 评定，碳化物1 4 级合格 ，残留奥氏体、马氏体1 5 级合格。 3 生产实例 例1 ，端齿盘 l ； 见图2 ，材料 ：1 5 Cr Mo ，热处理 技术要求：渗碳层深度0 8 1 2 mIT I ，淬火硬度5 6 6 2 HR C，斜线处两面防碳。 端齿外 图2 端齿盘1 工艺流程 ：锻造一正火一机加工 ( 1 8 0 H7 内孔 留磨量0 3 5 mm， 2 4 0 mmg b 圆留磨0 5 0 mm，2 1 5 mm 两端面各 留磨量0 5 0 mm，铣2 4 。 6 0 。 槽两边各留磨 0 3 0 mm，螺孔、孔均成。)一钳工 ( 螺孔上螺钉、垫 圈，防止螺纹被渗碳淬硬)一时效一渗碳淬火一半精加 工一精加工。 热处理工艺如下： ( 1 )正火9 1 0 9 3 0 C 加热2 3 h 空冷。 ( 2 )时效4 0 0 5 0 0 C 加热1 5 2 h 出炉空冷，或 4 0 0 5 0 0 C 预热1 h 直接装渗碳炉。 ( 3 )渗碳淬火设备主要用多用炉，9 2 5 C 保温， 强渗阶段控制碳势在 1 0 1 1 ，2 5 3 h 。扩散阶 段控制碳势在0 7 7 0 8 5 ，3 5 4 h 。降温至7 8 0 8 0 0 人快速淬火油 中淬火 ，然后 1 8 0 2 0 0 回火 25 3 h。 装炉前，2 一 8 ram 及2 一 6 mm 配打孔左右两面 先用蘸丙酮棉丝擦拭清理干净再涂防渗剂，待防渗剂自 然干燥后装炉。此种零件淬火畸变大小与装炉情况关系 极大。 如采用径 向吊挂装炉 ，每炉可装的零件较多，效 参跏 旺 专题综述 l T o p i c a l R e v i e , , 1 w, t I 荡 院 l j 锋曩 瓣 每 黪 率高，两端面的平面度畸变也较小， 但内孔、外圆的圆 面度畸变较小，但圆度畸变很大，而圆度校正时比较困 度畸变较大 ( 见表2 )。 齿向下平放置于零件架上 ，淬火后两端面蝶形、 平面度畸变情况见表3 。 齿向上平放置于零件架上 ，淬火后两端面蝶形及 平面度畸变情况见表4 。 齿背面蝶形 ( 外侧高内侧低)及平面度 、圆度畸 变情况：从表2 可以看出，吊挂装炉淬火后端齿盘的平 难。由表3 、表4 可以看出，平放置于零架上淬火后，端 齿盘的内孔圆度畸变较小，可不予校正。按数据统计， 端齿盘齿向上放，平面度畸变较齿向下放的小。 齿向上装炉 ，采用分级淬火油后内孔 圆度及端面 平面度测试结果如表5 所示。 由表4 、表5 可以看出，采用分级淬火油淬火后的 零件畸变较小。 表2 吊挂装炉时端齿盘畸变情况 序 号 1 2 3 4 I 5 I 6 7 8 9 10 平 均 蝶形 r n m 0 O 7 0 1 5 0 1 2 0 O 9 0 1 6 0 1 3 0 _( 】8 0 0 6 0 1 0 O 1 1 0 1 0 1 平 面 度 ra m 0 1 2 0 1 8 0 1 6 0 ,1 4 i 0 2 0 l 0 1 7 0 1 1 0 1 0 O 1 4 0 1 5 0 1 4 7 内孔 圆度 mr n 1 0 7 0 9 8 1 -( 】 6 1 1 5 1 _ 3 O 1 1 3 0 9 8 1 O 5 O 9 5 1 2 4 1 O 9 l 注 ：蝶形和平面度的被测面均为齿背面。 蝶形是用百分表由内孔 向外 圆移动所测出的数值 。 表3 齿向下放置时，齿背面蝶形 ( 外侧高内侧低)及平面度、圆度畸变情况 序号 1 2 3 4 5 6 7 平均 碟形 mm O 1 3 0 1 2 0 0 9 0 1 0 0 1 4 0 1 2 0 1 O O 1 1 4 平面度 mm 0 4 l 0 4 3 0 2 8 0 4 0 0 -5 2 O -3 8 0 _3 2 0 3 9 l 内孔 圆度 mm O 1 3 0 1 5 0 1 l O 1 3 0 0 9 0 1 0 0 1 7 O 1 2 6 注 ：同表2 。 表4齿向上放置时。齿背面蝶形 ( 外侧高内侧低)及平面度 圆度畸变情况 序 号 l 2 l 3 i 4 5 6 7 平 均 碟 形 m m 0 0 7 0 1 1 j 0 0 8 1 0 1 0 0 1 2 0 1 0 0 0 9 0 0 9 6 平 面 度 tu r n 0 _2 0 0 2 8 l 0 3 1 1 0 3 5 0 4 6 O I3 0 O 2 7 O -3 1 内 孔 圆 度 m m 0 1 5 0 0 8 1 0 1 3 1 0 1 2 0 1 0 0 -()9 0 1 5 0 1 1 2 注 ：同表2 。 表 5 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 内孔圆度 mm O 1 0 0 0 2 O 0 6 0 0 4 0 1 4 O -0 4 0 0 6 O O 6 0 1 2 O -0 4 O -0 4 端面平面度 mm O 1 7 O 1 8 0 1 6 0 1 8 0 1 8 0 -2 5 0 -2 2 0 _2 9 0 3 4 0 _2 5 0 -2 2 ( 4 )淬火后的校正对淬火过程中畸变量较大的 零件应进行校正，平面度校正可用反击法，即用与零件 硬度相同的凿子放置在齿沟底部 ( 此处应是此面的最低 点)，然后用锤子击打凿子。也可用热点校直法。圆度 的校正可用热点校正法，即在长轴的外径上和短轴的内 径上分别热点。 ( 5 )质量检查表面硬度为6 1 、6 0 、6 1 H R C 硬化层深度 ( 实测随炉试块)。表面至5 5 0 H V 处距离 为1 1 m m。金相组织 ( 实测随炉试块)。按Q C T 2 6 2 圆 型 箜 箜 !塑垫 丝 参 磊 工 热 加 工 me t a l wo r k i n g1 9 5 0 c o m 评定，碳化物2 级 ， 残留奥氏体、马氏体3 级；畸变。 符合工艺要求。 例2 ，端齿盘2 见图3 。其与端齿盘1 为一套两件套 端齿盘 ，例1 为薄壁件，此件为厚壁件。它在热处理时 与例1 的区别是：由于淬火时畸变小，所以渗碳前不需 要进行时效处理；装炉时采用径向悬挂方式。 渗碳淬火后 ，内孔圆度在0 1 5 mm 以内， 端面平面 度在0 1 5 m m以内，均符合要求，无需校正。其他略。 例3 ，端齿盘3 见 图4 。材料 ：2 0 C r ，热处理 ： 梧 兰 J 端齿外周展开图 图3 齿盘2 u 息 齿 甲 心 瑷 | ： 笠 I 。 0 蓦 呈 舌 渐 一 f 1 至 匡 一 I掣I 1 t 口 4I 图4 端