為了提高變速箱用齒輪切削加工性以及穩(wěn)定最終熱處理變形，我廠于2010年購(gòu)買了一臺(tái)連續(xù)推桿式等溫正火生產(chǎn)線，作為齒輪毛坯預(yù)處理的加工設(shè)備。經(jīng)過(guò)一年的調(diào)試和生產(chǎn)運(yùn)行，我們認(rèn)為，推桿式等溫正火生產(chǎn)線的難點(diǎn)在于如何保證等溫正火速冷階段齒輪毛坯溫度的均勻性，因?yàn)橹挥袦囟染鶆蛄?，硬度和組織才會(huì)均勻，本文就可能影響齒輪毛坯冷卻均勻的因素進(jìn)行探討，不足之處請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
1.裝爐方式
裝爐方式的不正確是影響齒輪毛坯溫度均勻性的主要原因。裝爐方式不正確，極易造成料筐外部毛坯較內(nèi)部毛坯冷卻快，從而造成內(nèi)外部齒輪毛坯的硬度和組織差異大。裝爐方式關(guān)鍵是要保證齒輪毛坯之間通風(fēng)順暢，建議根據(jù)設(shè)備的風(fēng)向進(jìn)行擺放，毛坯之間盡量留有間隙，避免出現(xiàn)風(fēng)向受阻而改變方向的情況。
比如設(shè)備采用上下周期性風(fēng)冷，就不宜采用圖1的平放方式，因?yàn)榇藭r(shí)最外層的齒輪毛坯接觸到的風(fēng)量大，風(fēng)速快，形成的內(nèi)外溫差就很大，在這種情況下只能單層擺放，但生產(chǎn)效率將會(huì)大受影響。
而圖2與圖3兩種裝爐方式對(duì)比發(fā)現(xiàn)，延料筐寬度方向擺放（即圖3）形成的有效散熱區(qū)多，齒輪毛坯單排裝料量少，較有利于齒輪毛坯通風(fēng)散熱，此時(shí)毛坯內(nèi)外溫差最小（40℃左右），金相組織合格，且不降低生產(chǎn)效率。
又比如雙聯(lián)齒輪，反而建議采用圖4所示的平放。因?yàn)殡p聯(lián)齒輪各部位尺寸差異大，應(yīng)讓兩個(gè)齒輪面沿風(fēng)向擺放，避免中間連接部位因?yàn)檠杆偈芾涠纬闪钬愂象w組織。
2.冷卻速度和風(fēng)量大小
對(duì)于等溫正火來(lái)說(shuō)，冷卻速度既不能太快，也不能太慢。冷卻過(guò)快，造成工件內(nèi)外溫差大，表面可能低于貝氏體臨界轉(zhuǎn)變溫度，形成粒狀貝氏體組織，冷卻過(guò)慢則導(dǎo)致形成較粗的珠光體組織。目前的等溫正火設(shè)備絕大多數(shù)采用強(qiáng)冷+緩冷的風(fēng)冷模式，同時(shí)具有風(fēng)量選擇，通過(guò)強(qiáng)冷使齒輪毛坯迅速冷卻至700℃左右，然后再通過(guò)緩冷使齒輪毛坯之間或同一齒輪毛坯不同部位間均勻降至等溫溫度。對(duì)于齒輪毛坯來(lái)說(shuō)，要綜合考慮其外徑、內(nèi)徑以及厚度，合理分配強(qiáng)冷、緩冷時(shí)間以及風(fēng)量大?。ㄒ?jiàn)表1）。
表1 某Φ140mm齒坯不同厚度速冷參數(shù)
齒坯厚度 | ≤20mm | 20～40mm | 40～60mm | |||
工 藝 參 數(shù) | 速冷/s | 緩冷/s | 速冷/s | 緩冷/s | 速冷/s | 緩冷/s |
150～210 | 120～180 | 180～270 | 180～240 | 210～330 | 180～240 | |
3.環(huán)境溫度
等溫正火設(shè)備冷卻方式主要有兩種，一種是通過(guò)設(shè)備自身的加熱器或等溫爐加熱形成的熱風(fēng)進(jìn)行循環(huán)冷卻，另一種是抽風(fēng)機(jī)從環(huán)境中抽取空氣直接冷卻。由于后者易受環(huán)境溫度的影響，風(fēng)溫隨著天氣發(fā)生變化，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)季節(jié)變化，合理的調(diào)節(jié)冷卻時(shí)間和風(fēng)量。比如夏天環(huán)境溫度高，單位時(shí)間帶走的熱量少，就要適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)冷卻時(shí)間或者增大風(fēng)量。某齒輪毛坯不同環(huán)境溫度速冷參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 某齒輪毛坯不同環(huán)境溫度速冷參數(shù)
室溫＞30℃ | 室溫=10~30℃ | 室溫＜10℃ | |||
速冷/s | 緩冷/s | 速冷/s | 緩冷/s | 速冷/s | 緩冷/s |
240 | 210 | 210 | 180 | 180 | 180 |
4.加熱溫度
加熱溫度的影響實(shí)際上也是冷卻速度的影響，降低加熱溫度，相當(dāng)于縮小了冷卻階段的溫差，在相同冷卻速度下，更有利于保證齒輪毛坯溫度的均勻性。但是加熱溫度的選擇需要考慮多方面因素，比如我廠的等溫正火加熱溫度通常要高于滲碳溫度，即滲碳溫度是930℃，加熱溫度采用940~960℃，選用這個(gè)溫度的一個(gè)原因就是通過(guò)正火金相組織檢驗(yàn)，尤其是晶粒度的檢驗(yàn)，判定該批材料在該溫度下的晶粒長(zhǎng)大傾向，從而保證滲碳過(guò)程的穩(wěn)定性，是一種有效的過(guò)程監(jiān)控。因此，建議各個(gè)廠家最好是根據(jù)自己材料實(shí)際情況選擇加熱溫度。
5.結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)一年的調(diào)試和生產(chǎn)運(yùn)行，已經(jīng)初步掌握了推桿等溫正火線均勻冷卻的影響因素，并積累了一些保證齒輪毛坯均勻冷卻的經(jīng)驗(yàn)。但是由于受到設(shè)備、工裝和材料等影響，仍有許多難題沒(méi)有解決，我們將繼續(xù)努力，進(jìn)一步探索和研究等溫正火冷卻規(guī)律，力求將影響控制在最小范圍內(nèi)。
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