如何设计小齿轮高频淬火工艺?
日期：2020-06-03 07:05:34 点击数：929
轿车齿条齿轮转向机构中的小齿轮（见图2-13），模数1.75mm，齿数7。技术要求：材料15Cr，表面硬度(82±2)HRAS，渗碳硬化层深度0.3～0. 6mm，心部硬度20～27HRC，渗碳层的金相组织按国家有关标准执行。
图2-13 小齿轮结构图
原采用15Cr钢渗碳淬火工艺，其生产周期长、能耗高、成本高，不便于大批量生产，由于小齿轮的心部硬度要求低(20～27HRC)，渗碳后不能直接淬火，需要重新加热亚温淬火。
更改材料及改进工艺如下。
(1)采用高频淬火工艺。齿轮更改材料为42 CrMo钢。热处理技术要求：坯件整体调质，硬度20～27HRC；表面强化区进行高频淬火，表面硬度55～61HRC；硬化层深度，外圆部位(Φ20mm、Φ12mm处)0.8～1.5mm：齿部齿根0.6～1.2mm;齿轮节圆、外圆径向跳动<0. 05mm。
(2)工艺流程
下料→温挤压→调质→机加工→高频淬火→回火→探伤→磨外圆→装配。
(3)感应设备与感应器。高频感应加热电源为全固态高频感应加热装置，输入功率≤100kW，输出功率≥75kW（调节范围：10%～100%），振荡频率200kHz，淬火机床为单工位802CNC数控全机械（伺服驱动）淬火机床，工件进给速度1～100mm/s，主轴转速20～200r/min。
感应线圈用高度9mm、厚度1mm的方铜管制作成内孔为Φ23mm的自喷液连续加热淬火感应器。淬火介质为5%～11%的AQ251水溶液，温度低于50℃，压力>0. 3MPa。
按预先设定的加热能量、加热时间、移动速度和喷液冷却时间先后对小齿轮Φ20mm部位、中间齿部和Φ12mm部位分3个过程进行感应加热、淬火。
(4)具体操作步骤
①小齿轮在装夹位置移动到209mm处，并在该处打开旋转和喷水开关；开电源，给定功率50%；该处延时加热0.7s；
②小齿轮移动207mm处；延时加热0.7s；电源关；
③小齿轮移动到192mm处；开电源，给定功率52%；延时加热0.5s；
④小齿轮移动到168mm处；电源关；
⑤小齿轮移动到157mm处；开电源，给定功率65%；延时加热0.6s；电源关；
⑥小齿轮移动到120mm处；延时冷却6s；关旋转、关喷水并停留在该位置；
⑦程序结束。
其中，步骤①～②是淬Φ20mm外圆，③～④是淬齿部，⑤～⑦是淬Φ12mm的外圆。
(5)检验结果。小齿轮Φ20mm部位、齿部齿根及Φ12mm部位的淬硬层深度、硬度合格；小齿轮节圆及外圆的径向跳动<0. 05mm，合格；探伤，表面无裂纹等缺陷。经多次台架试验和路试，寿命超过设计要求。
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