常州精密钢管博客

齿轮毛坯等温正火冷却均匀的控制

为了提高变速箱用齿轮切削加工性以及稳定最终热处理变形,我厂于2010年购买了一台连续推杆式等温正火生产线,作为齿轮毛坯预处理的加工设备。经过一年的调试和生产运行,我们认为,推杆式等温正火生产线的难点在于如何保证等温正火速冷阶段齿轮毛坯温度的均匀性,因为只有温度均匀了,硬度和组织才会均匀,本文就可能影响齿轮毛坯冷却均匀的因素进行探讨,不足之处请读者批评指正。

1.装炉方式

装炉方式的不正确是影响齿轮毛坯温度均匀性的主要原因。装炉方式不正确,极易造成料筐外部毛坯较内部毛坯冷却快,从而造成内外部齿轮毛坯的硬度和组织差异大。装炉方式关键是要保证齿轮毛坯之间通风顺畅,建议根据设备的风向进行摆放,毛坯之间尽量留有间隙,避免出现风向受阻而改变方向的情况。

比如设备采用上下周期性风冷,就不宜采用图1的平放方式,因为此时最外层的齿轮毛坯接触到的风量大,风速快,形成的内外温差就很大,在这种情况下只能单层摆放,但生产效率将会大受影响。

而图2与图3两种装炉方式对比发现,延料筐宽度方向摆放(即图3)形成的有效散热区多,齿轮毛坯单排装料量少,较有利于齿轮毛坯通风散热,此时毛坯内外温差最小(40℃左右),金相组织合格,且不降低生产效率。

又比如双联齿轮,反而建议采用图4所示的平放。因为双联齿轮各部位尺寸差异大,应让两个齿轮面沿风向摆放,避免中间连接部位因为迅速受冷而形成粒状贝氏体组织。

2.冷却速度和风量大小

对于等温正火来说,冷却速度既不能太快,也不能太慢。冷却过快,造成工件内外温差大,表面可能低于贝氏体临界转变温度,形成粒状贝氏体组织,冷却过慢则导致形成较粗的珠光体组织。目前的等温正火设备绝大多数采用强冷+缓冷的风冷模式,同时具有风量选择,通过强冷使齿轮毛坯迅速冷却至700℃左右,然后再通过缓冷使齿轮毛坯之间或同一齿轮毛坯不同部位间均匀降至等温温度。对于齿轮毛坯来说,要综合考虑其外径、内径以及厚度,合理分配强冷、缓冷时间以及风量大小(见表1)。

表1  某Φ140mm齿坯不同厚度速冷参数

齿坯厚度

≤20mm

20~40mm

40~60mm

工  艺

参  数

速冷/s

缓冷/s

速冷/s

缓冷/s

速冷/s

缓冷/s

150~210

120~180

180~270

180~240

210~330

180~240

3.环境温度

等温正火设备冷却方式主要有两种,一种是通过设备自身的加热器或等温炉加热形成的热风进行循环冷却,另一种是抽风机从环境中抽取空气直接冷却。由于后者易受环境温度的影响,风温随着天气发生变化,技术人员应根据季节变化,合理的调节冷却时间和风量。比如夏天环境温度高,单位时间带走的热量少,就要适当的延长冷却时间或者增大风量。某齿轮毛坯不同环境温度速冷参数见表2。

表2  某齿轮毛坯不同环境温度速冷参数

室温>30℃

室温=10~30℃

室温<10℃

速冷/s

缓冷/s

速冷/s

缓冷/s

速冷/s

缓冷/s

240

210

210

180

180

180

4.加热温度

加热温度的影响实际上也是冷却速度的影响,降低加热温度,相当于缩小了冷却阶段的温差,在相同冷却速度下,更有利于保证齿轮毛坯温度的均匀性。但是加热温度的选择需要考虑多方面因素,比如我厂的等温正火加热温度通常要高于渗碳温度,即渗碳温度是930℃,加热温度采用940~960℃,选用这个温度的一个原因就是通过正火金相组织检验,尤其是晶粒度的检验,判定该批材料在该温度下的晶粒长大倾向,从而保证渗碳过程的稳定性,是一种有效的过程监控。因此,建议各个厂家最好是根据自己材料实际情况选择加热温度。

5.结语

经过一年的调试和生产运行,已经初步掌握了推杆等温正火线均匀冷却的影响因素,并积累了一些保证齿轮毛坯均匀冷却的经验。但是由于受到设备、工装和材料等影响,仍有许多难题没有解决,我们将继续努力,进一步探索和研究等温正火冷却规律,力求将影响控制在最小范围内。






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