[發明專利]控制內花鍵變形的熱處理方法及其內花鍵變形補償工裝

在審

• 申請號: 202110860056.4
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113604773A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 楊揚;嚴鑒鉑;劉義;車永平;王文婷;賀爾康;王冰
• 申請（專利權）人: 西安法士特汽車傳動有限公司
• 主分類號: C23C8/20
• 分類號: C23C8/20;C21D1/18;C21D1/74;C21D9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種控制內花鍵變形的熱處理方法及其內花鍵變形補償工裝，方法包括：將內花鍵零件平放，零件薄壁內花鍵處垂直于料盤平面；高溫下滲碳處理；內花鍵零件在保護氣氛的熱處理爐內緩冷后，出爐冷卻至室溫；將心軸類補償工裝放入內花鍵零件中，再重新入爐淬火；淬火后清洗、回火，取下內花鍵零件中的心軸類補償工裝，得到熱處理的內花鍵成品。補償工裝包括錐形心軸、內凹心軸、中部開槽心軸和中部開槽+端面打孔心軸。該方法能夠同時滿足內花鍵零件的硬化層深與變形精度(跨棒距、齒向偏差、徑節線跳動等)技術要求，提高零件整體合格率。

技術領域

本發明涉及變速箱內部傳動齒輪的熱處理方法，特別是一種控制內花鍵變形的熱處理方法及其內花鍵變形補償工裝。

背景技術

隨著變速箱產品的不斷更新升級，內部傳動齒輪的結構開始越來越復雜精密，對尺寸波動、變形控制的要求也越來越細致嚴謹。其中，部分變速箱的特殊齒輪件開始逐漸帶有加工過程中必須能夠精確控制偏差范圍的內花鍵結構。眾所周知，大部分齒輪類零件在機加工完成后均需要進行滲碳熱處理，但由于某些特殊結構的齒輪中所帶內花鍵各段壁厚不同，滲碳后淬火時淬火烈度不一致，導致這些薄壁部位的相變及冷卻速率不一致，使得內花鍵在經過熱處理后各段尺寸有所偏差，較難實現精確的變形控制。

為了保證內花鍵各段變形趨于同步，熱處理后整體尺寸一致，通常會使用心軸類補償工裝針對內花鍵部位進行特定的熱處理補償。但為了能在淬火過程中起到補償作用，所用的心軸類工裝直徑需要與零件的內花鍵尺寸十分接近，若按照目前使用的常規滲碳方法加上心軸類工裝直接進行熱處理，將會很容易在心軸類工裝與內花鍵齒頂接觸的部位產生阻滲，也會降低零件半齒高處氣氛與爐內滲碳氣氛的交換效率，即該位置無法實現碳原子的充分滲入，最終導致滲碳熱處理后零件的內花鍵硬化層深與外齒硬化層深之間差異較大，難以符合零件整體硬化層深的范圍要求。

隨著變速箱產品的不斷更新升級，內部傳動齒輪的結構開始越來越復雜精密，對尺寸波動、變形控制的要求也越來越細致嚴謹。除了常規生產的能夠通過普通滲碳熱處理就實現所需性能的一般零件外，逐漸出現了眾多帶有精細內花鍵結構的特殊變速箱齒輪。這些帶有特殊內花鍵的齒輪同樣需要在機加工完成后進行滲碳熱處理，但由于其內花鍵部位各個分段的壁厚不同，滲碳完成后淬火時會因為冷卻條件不同而各個部位淬火烈度不同，最終導致相變過程及冷卻速率不一致，使得內花鍵薄壁區域在經過熱處理后各段尺寸有所偏差。

為了保證內花鍵各段薄壁部位的變形趨于同步，熱處理后尺寸一致，目前通常使用心軸類補償工裝針對內花鍵部位進行熱處理補償。其原理是在滲碳前給零件內花鍵孔隙處提前放入心軸類補償工裝，待滲碳完成后進行淬火時，零件薄壁區域雖然依舊會由于淬火過程中的快速冷卻產生收縮，但卻會憑借著內花鍵中間所放心軸類補償工裝的限位和支撐作用，不會收縮幅度過大，變形波動更小，由此來控制零件薄壁部位的整體變形。但另一方面，為了能夠起到充分的補償作用，心軸類工裝的直徑設計需要與零件內花鍵尺寸十分接近。這是因為只有當兩者間直徑尺寸相差很小時，心軸類工裝才能夠在內花鍵薄壁部位淬火過程中向內收縮時，由于自身的實心結構和其尺寸變化不大的特點而與內花鍵互相接觸、擠壓，從而產生足夠的限位與支撐作用。

當前這種在常規的滲碳熱處理方法中使用心軸類工裝進行補償的操作，雖然能夠在一定程度上優化薄壁內花鍵部位的淬火變形，但由于心軸類工裝的直徑尺寸與內花鍵處直徑尺寸幾乎一致，兩者之間極小的間隙使得滲碳過程中心軸類工裝與內花鍵齒頂部位處于幾乎接觸的狀態，滲碳氣氛無法順暢的在內花鍵處流通，嚴重的阻礙了滲碳工序中碳原子在該處的滲入。由于心軸類工裝的存在與阻礙，零件內花鍵處的滲碳氣氛與爐內氣氛的循環交換明顯不足，尤其是內花鍵的齒頂部位，很難在滲碳完成后達到常規滲碳零件表面所需要的碳濃度，而半齒高處的層深也會由于內花鍵與心軸類工裝之間的間隙較小、交換較少而深度有所降低，最終導致的結果為內花鍵硬化層深與外齒硬化層深差異較大。