空芯轴齿轮加工变形与防治措施的工艺研究

李玲

摘 要：由于双分流减速器的空芯齿轮轴与其齿圈热处理间存在形变的作用情况，从而降低了减速器的工作质量。针对此类问题，本文针对减速器核心部件——空心轴齿轮展开工艺改进的研究，通过对其结构的分析，有效达到控制形变量的作用目的，以此为相关技术人员提供参考性建议。

关键词：空芯轴齿轮；加工变形；防治措施；工艺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.058

0 前言

由重工机械公司产出的水泥磨配套设施——中心驱动双分流减速器，由于在热处理作用下，减速器空心轮轴与齿轮圈间存在变形的现象，进而会影响到整个机体的工作质量。本文通过从空芯轴齿轮工艺入手，采取放大预留收缩余量的方法，进而防止变形余量等问题的发生。

1 基础加工工艺带来的变形问题

1.1 空芯齿轮轴的构造

空芯轴齿轮的基本工艺沿用实芯渗碳淬火工艺流程：粗车→探伤→正火→半精車→渗碳→淬火→喷丸→滚轮→磨轮→钻孔。

1.2 空芯齿轮轴在实芯下的渗碳淬火变形规律

对在实芯情况下生产出来的齿轮轴的渗碳淬火变形情况进行统计和测量，不难发现，其轮轴的变形、齿轮顶部的圆形直径以及整个齿轮的宽度具有密切的关系，并且这样的关系是相互关联的。根据测量和分析，这样的变形一般分为两种情况。第一种变形情况表现：空心齿轮顶圆的直径明显缩小，但在同轴上的作用力使其轴上有明显的胀缩现象，具体表现为齿轮两端外径微膨胀，中间段落呈收缩态，齿轮宽度增大，腰凹现象明显。第二种变形情况则是齿轮螺旋角度、模数的骤增，导致其渗碳层位加深，使得其变形量也随之增大。

2 空芯齿轮在加工过程中变形数据的统计及分析

在轮轴在实际生产过程中，对空芯齿轮淬火前后法线尺寸、齿轮轴向进行测量，其数据的变化情况如表1、2所示。

通过表1、2的数据变化可以看出，在渗碳工艺前后其法线尺寸增减不一，且其形变量变化也不大；在淬火工序前后，其法线尺寸有明显的减小，且中部法线尺寸的减少量比两侧的法线尺寸的减少量更大；在淬火前后的齿轮轴向也发生了偏差，且基本上以螺旋角度增大的趋势进行改变。

再对齿轮轴在淬火前后的各部位冷却速度、组织强度及硬度进行比较和分析，可以发现在齿轮的上、中、下三个部位的热量冷却速率存在差异，齿轮表面、过渡区域以及中心区域的冷却速率各不相同，并且其在组织变化上呈现出不等时的作用效应，上述所说的这些因素都是造成齿轮变形的主要原因。

从上述表中的数据可以得知，在实芯状态下进行空芯齿轮的加工，会导致其法线尺寸的缩小，并引起其齿向的偏差，会对后期的磨削工作带来不便，也会直接造成磨削后尺寸不均匀现象的发生，同时也会造成齿轮两侧质地薄弱，中间厚度分布不均的状况，在后期使用的过程中，会容易在接触交流电荷时引起齿轮圈的点蚀和脱落，大大降低其咬合度，同时也降低了其承载负荷和使用寿命。

3 空芯轴齿轮加工变形的防止措施

通过将空芯齿轮轴的实芯淬火改进为空芯淬火，并在淬火前进行开孔，可以促使淬火前后的内外冷却、组织转变以及形变程度在加工过程中保持一致，大大减少了空芯轴齿轮的形变程度，虽然在淬火前后会使其齿轮顶圆及法线的微增长，但其仍存在足够的加工余量，符合工艺要求。

在以上的分析基础上，可以将其工艺流程进行适当的修改：

粗车→探伤→调烫→半精车→倒角→渗碳→车中心孔导向孔→中部进行通孔→淬火→喷丸→精车导向孔→深孔→磨削外圆→磨齿→钻孔销眼。

在不同介质温度下，空芯与实芯齿轮轴淬火的最大变形量均随温度的增大而增大，在相同的油温下，空芯齿轮轴的变形量明显小于实芯齿轮轴的变形量。且在淬火工艺之后的法线尺寸均比淬火前尺寸有所增大，但齿轮中部尺寸的缩小量较小，其形变也得到了明显的改善。

4 总结

本文通过探讨了空芯轴齿轮加工变形的影响因素，通过对加工工序的调整及更改，提出了对变形加工的整治措施，并对调整之后的齿轮性能进行跟踪测试，并没有发现与加工标准不符的现象。这充分显示了对空芯齿轮加工工艺的改进方法的可行性。不但提高了工件的加工精细度，也减少了工件在使用过程中的维修和调整的工作量。

参考文献：

[1]张雁，于慎军，李学群，马涛，白洁.空芯轴齿轮加工变形与防治措施的工艺研究[J]. 矿山机械，2012，40（10）：133-135.

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