青海華鼎齒輪箱有限責(zé)任公司 （西寧 810021） 魏理林 劉志鋒

我公司以生產(chǎn)D65、TY220和TY320工程機(jī)械變速箱為主導(dǎo)產(chǎn)品，與其相配套的終傳動大齒圈有三種，其中以TY220大齒圈TT220J004為最多。該齒圈（見附圖）外徑690mm，z=55，m=12，材質(zhì)為42CrMo。熱處理工藝為：正火+調(diào)質(zhì)+時效+淬火（中頻）+回火。工藝要求：調(diào)質(zhì)后的心部硬度229～277HBW，中頻淬火后齒面硬度56～63HRC，齒面淬硬層2.5～3.0mm，齒根硬度≥45HRC，齒根淬硬層1.5～2.5mm。

齒圈簡圖

1.存在問題

由于淬火工藝不當(dāng)，導(dǎo)致齒面硬度不均勻。齒根硬度要么偏低，說明齒部強(qiáng)度不夠；要么偏高，則出現(xiàn)齒根、齒面微裂紋，導(dǎo)致齒面剝落、點(diǎn)蝕、打齒等現(xiàn)象的發(fā)生。用戶反映強(qiáng)烈，意見很大，要求退貨。

按照工藝要求，對癥下藥，反復(fù)調(diào)試和試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)了影響齒圈內(nèi)在性能的根本原因。

2.冷卻介質(zhì)

對于42CrMo材質(zhì)而言，淬火冷卻介質(zhì)一般是20號機(jī)械油，好富頓G油也可。但是由于中頻淬火工藝的特殊性，即加熱時間短（約30s），加熱速度快，溫度高（約860℃），采用單齒齒面、齒溝加熱淬火的方式，油淬很難達(dá)到工藝要求（除埋油淬火外），且容易發(fā)生火災(zāi)。目前，國內(nèi)一般采用AQ225淬火冷卻介質(zhì)，該淬火冷卻介質(zhì)的冷卻速度介于水和油之間，淬硬層深，淬火硬度均勻，無軟點(diǎn)，淬火工件光亮且有短期防銹作用。但要想達(dá)到上述工藝要求，合理地選擇淬火冷卻介質(zhì)的濃度是關(guān)鍵。表1是對42CrMo材質(zhì)的TT220J004齒圈在設(shè)備輸出功率為30kW時，采用不同濃度的淬火冷卻介質(zhì)試驗(yàn)時的結(jié)果。

表1 不同濃度的淬火冷卻介質(zhì)單齒淬火（室溫25℃）

從表1可以看出：淬火冷卻介質(zhì)的濃度為10%時，齒圈的熱處理工藝性能最佳。這是由于AQ225淬火冷卻介質(zhì)適合42CrMo的性能所決定的，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般采用淬火冷卻介質(zhì)濃度在8%～10%之間時，均可達(dá)到工藝要求。

3.工藝參數(shù)

采用臥式（GCLWS－1200）單齒淬火機(jī)床。其輸出直流電壓180V、直流電流170A、功率30kW，控制系統(tǒng)為CNC數(shù)控系統(tǒng)，淬火冷卻介質(zhì)的濃度為8%。

其程序過程如下：

A:主程序：

N102 Y175.F1000 N104 Y186.F500

N106 M98P06L55 N108 M02

B:子程序：

N1 Y186 F2000 N2 X205 F1500

N3 X220.500 F500 N4 M20

N5 G04 X3.4 N6 M08

N7 Y280.456 F260 N8 G04 X1.5

N9 M21 N10 Y320 F2000

N11 G04 X5.0 N12 M09

N13 X174 F1500 N14 X186 F2000

N15 W6.545 F300 N16 M99

通過反復(fù)的調(diào)試和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在淬火冷卻介質(zhì)濃度一定，電流、電壓一定的情況下，影響齒圈硬度和淬硬層的因素為：感應(yīng)器上下行走速度和感應(yīng)器距齒圈齒面的距離。即子程序的X220.500 F500和G04X3.4（見表2）。

通過上述試驗(yàn)可知，當(dāng)感應(yīng)器的行走速度為F500，距齒面的距離為X3.4時，齒面、齒根的淬火工藝性能達(dá)到最佳。

4.結(jié)語

在齒圈的淬火過程中，合理、正確地選擇淬火冷卻介質(zhì)的濃度對齒面、齒根的硬度影響很大。調(diào)整感應(yīng)器的行走速度和距齒面的距離對齒圈的硬度和淬硬層影響很大。

表2 調(diào)整子程序N3和N5淬火后得到的結(jié)果

經(jīng)過實(shí)踐，調(diào)整后的工藝生產(chǎn)出的TT220J004齒圈數(shù)量4000件，合格率達(dá)到99%以上，齒圈的內(nèi)在性能大幅提高，各主機(jī)廠反映較好，為我公司在國內(nèi)、國際開拓各類變速箱市場奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。