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变速器换档叉轴感应淬火工艺 |
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作者： |
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我厂生产的依维柯28024变速箱为引进产品，其设计合理，结构紧凑，只用一根叉轴就能实现5档变速功能。换档叉轴结构独特，技术要求高，采用常规的感应淬火工艺难以达到外方图纸技术要求。经过反复研究与实践，我厂采取了零件屏蔽感应加热淬火及预先反变形的工艺方法，成功地解决了该零件的热处理技术难点，满足了图纸要求。
1 热处理技术要求及零件结构特点
零件材料为45钢，其尺寸如图1所示。要求波形槽部分感应淬火，硬度≥55HRC，有效硬化层深≥2mm。
与一般变速器换档叉轴相比，在零件(见图1)波形槽斜下方多出一φ10mmR8(0－0.022)的盲孔。该孔底与波形槽最近处不到1mm，盲孔出口处为一方形平台，平台与叉轴外圆形成棱边棱角。
图1 依维柯换档叉轴简图
2 感应淬火工艺难点
(1) 采用一般的多匝外圆感应器淬火时，由于尖角效应，棱边棱角部分的加热速度比其它部分快(见图1)，在波形槽温度还未达到淬火温度时，盲孔出口平台的棱角棱边就已过热，甚至被烧熔。我们曾经试过在盲孔中插入铜塞，以屏蔽盲孔及出口处的棱边棱角。虽然解决了棱边棱角过热过烧，但由于零件整个圆柱面被加热，盲孔受到热影响产生变形，无法保证尺寸要求。
(2) 采用平面感应器对波形槽单边加热时，由于平面感应器的功率损耗大，电效率低，加热速度慢，在加热波形槽过程中，热量已向盲孔传导，再加上平面感应器磁力线逸散入盲孔，当波形槽温度达淬火温度时，盲孔也已被加热，一般会产生约0.06mm的椭圆，无法达到盲孔精度要求。
3 改进工艺
我们采取的改进工艺方案为零件预先反弯曲变形→屏蔽感应加热淬火→回火→校直→磨外圆。其具体做法是：
(1) 用紫铜管制造屏蔽套(见图2)。其作用是把不需加热的地方全部屏蔽，只露出波形槽部分，这样，在波形槽感应加热淬火过程中可最大限度地减少盲孔受到的热影响。
图2 屏蔽套
(2) 感应器仍采用电效率高的圆柱形感应器。
(3) 为减少淬火变形，我们采用了0.5％聚乙烯醇冷却液。
(4) 在零件感应加热前进行预先反变形处理。由于屏蔽套的作用，零件被单边感应加热淬火。淬火后的零件必然产生较大的弯曲变形，但这种变形的趋势和大小很有规律，如图1的A面成为凸面，B面就成为凹面。在我们所选的工艺参数下，外圆径跳(A面与B面的高度差)一般为1.00～1.20mm。为了减少校直难度和工作量，加热前在校直机上对零件施行与淬火变形趋势相反的预先弯曲变形，即使A面压成为凹面，B面压成为凸面。需要指出的是，反变形量不能太大，否则就可能出现淬火变形未能全部校正的情况。校正时必然压B面，由于A面已被硬化，而且波形槽底与盲孔相邻不到1mm处为强度薄弱点。校直时压B面，A面受到拉应力，易发生开裂。因此，我们把预变形量控制在0.8～1.0mm，淬火后的外圆径跳可控制在0.3mm以内。
(5) 选择最佳工艺参数。感应加热采用超音频设备，经过反复试验，我们选择的工艺参数是：阳极电压8.5kV，阳极电流5A，栅极电流0.8～1.2A，加热时间8.5s，喷水时间7s(0.5％聚乙烯醇)，喷水压力0.2MPa，然后180℃回火1.5h。
4 改进效果
该零件按以上工艺处理后，检验结果为，波形槽部位硬度≥55HRC，有效硬化层深2～3.5mm，校直后外圆径跳≤0.10mm，盲孔孔径100－0.022mm，完全符合外方图纸要求。
5年多来，我厂按此工艺生产了大批产品，证明该工艺稳定可靠，废品率低(≤0.1％)。
作者单位：周潘兵(南昌齿轮厂产品开发中心，南昌 330044)
参考文献：
[1]刘志儒等．金属感应热处理[M]．北京：机械工业出版社，1985．
[2]夏期成．钢件淬火变形的分析及控制方法[M]．太原：山西人民出版社，1984．(end)
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(4/1/2005) |
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