一種迴轉支承齒輪淬火的工藝方法
2023-12-03 17:14:11 1
專利名稱：一種迴轉支承齒輪淬火的工藝方法
技術領域：
本發明屬於迴轉支承加工製造領域，尤其涉及一種迴轉支承齒輪淬火的工藝方法。
背景技術：
迴轉支承行業在我國已經經歷了 30餘年的發展，自1984年首次發布的JB2300-84《迴轉支承形式、基本參數和技術要求》標準，以及在199 9年修訂的JB/T2300-1999《迴轉支承》標準，現我國已是具備了完善的迴轉支承設計、製造和測試的綜合開發能力。同時不同的行業對迴轉支承頁提出了自己的標準，如風力發電、建築機械、軸承行業等，由此可見產品逐漸進入細化、品種多的競爭態勢。目前，市場上用量最大的是單排四點接觸球式迴轉支承，而且齒溝直徑在0 500 O 1500mm之間的佔其中的絕大部分；如今，隨著工程機械、特種車和工業機器人等的發展，特別是風力發電行業高速成長，對產品的質量、創新性提出了更高的要求。但是高精度、壽命長、耐候性強的高端迴轉支承市場依然被國外傳統的企業把持，每年國內都需要進口大量此類迴轉支承，國內企業均面臨技術創新的嚴峻挑戰。迴轉支承軸承實際上是能夠起連接、傳動的新型高強度軸承，比普通的軸承在承受的載荷的形式、能力方面有著獨到之處，可承受較大的軸向、徑向負荷和傾覆力矩等綜合載荷。迴轉支承軸承一般帶有安裝孔、內齒輪或外齒輪、潤滑油孔和密封裝置，能使主機設計結構緊湊，安裝簡單、使用壽命長，其傳動形式主要以齒輪傳動方式為主，一般與此配對的是小齒輪，迴轉時所受的載荷將由齒輪嚙合運動來處理，而齒輪接觸面理論上是線接觸，就單齒而言，齒面承受的載荷比較集中，特別是頻繁的不規則的旋轉運動，產生的衝擊載荷，使得齒輪受力狀態非常惡劣，嚴重的會導致齒輪直接折斷，這也是迴轉支承運用的重型機械(如塔吊、挖掘機、船舶機械、風力發電機組等)出現設備故障的一個主要因素，除設計時考慮到的因素之外，如何滿足設計所要求的技術參數，即工藝過程能力的滿足就非常重要了，而現有齒輪的淬火工藝中，很難滿足設計所要求的技術參數。
發明內容
發明提供了一種迴轉支承齒輪淬火的工藝方法，通過對淬火過程中的中頻感應器與齒溝之間的耦合間隙、電流透入深度、齒溝線速度、淬火液的溫度和濃度等工藝參數的設定和調整，提高了淬火質量，避免了淬火齒溝面出現細小裂紋，嚴重的導致工件報廢，同時使用過程中PAG淬火液會隨工件流失、氧化分解，以及雜質、油汙、自來水含有物質等加入，都構成了對濃度的影響，用折光儀檢測的數據將缺乏真實性，從而影響齒溝質量等問題。本發明的技術方案如下
一種迴轉支承齒輪淬火的工藝方法，其主要工序是對迴轉支承的內圈和外圈分別進行粗車、精車、插齒、淬火和回火，其特徵在於所述淬火中的淬火設備中的感應器採用中頻淬火感應器，淬火液為PAG淬火液，淬火設備中包括有旋轉工座臺，所述旋轉工作檯一側設有可垂直移動的固定座，所述固定座一側的水平側板上架設有水平移動的滑座，所述滑座上固定安裝有驅動中頻淬火感應器，所述中頻淬火感應器前端部的感應頭為梯形，所述感應頭與其對應的齒溝配合時應留有耦合空隙，所述輔助定位導杆與中頻淬火感應器前端部的感應頭並列，且均固定安裝在滑座伸出的固定杆上；
其利用上述淬火設備淬火的具體工藝步驟如下
(I)、首先對待淬火工件的運動精度，中頻感應器的位置移動進行調控，將待淬火工件平放在旋轉工作檯上，由數控電機控制旋轉工作檯做精度較高的斷續運動，從而控制帶淬火工件的運動精度，通過滑座在水平側板上的移動、固定座的垂直移動，實現了中頻感應器位置的調控。(2)、將待淬火工件清潔乾淨，不得殘留加工殘留物和其 它附著物、油汙，吊裝上淬火設備上，安放妥當後，用百分表檢測工件的外圓徑向跳動，跳動控制在0. Imm之內，用壓板對稱四點壓緊工件，每次安裝工件前對工作檯也要進行清潔；
(3 )、調整中頻淬火感應器的感應頭與待淬火工件齒溝之間的間隙,用塞尺檢測中齒溝與其配合的頻淬火感應器的感應頭之間的間距，控制感應頭的底端與其對應的齒根位置之間的耦合間隙h3、感應頭的兩側與其對應的齒溝位置的耦合間隙h5和感應頭頂部與其對應的齒頂位置的耦合間隙尺寸h4的尺寸，如控制感應頭的底端與其對應的齒根位置之間的耦合間隙h3和感應頭的兩側與其對應的齒溝位置的耦合間隙h5不受模數影響，一般取h3= I. 5 2mm，h5= I. 25 I. 5mm，而感應頭頂部與其對應的齒頂位置的耦合間隙尺寸h4需根據待淬火工件的齒輪模數來確定；
(4)、通過溫度儀進行監控調整PAG淬火液的溫度，通過冷卻塔將PAG淬火液溫度控制在40± 10°C，通過折光儀配合粘度測定法、真實濃度測定法檢測PAG淬火液濃度，通過PAG淬火液中加入水將濃度控制在9± 1% ；
(5)、調整中頻淬火設備感應頻率及電壓、電流輸出參數，中頻感應器的工作頻率取決於淬火深度，一般取的電流透入深度是淬硬層深度的2倍，迴轉支承齒面淬火深度為3 5_，計算頻率範圍在7 2. 5KHz，具體取值根據淬火溫度相關；同時就齒圈整體而言，淬火方式是斷續的，中頻感應器在加熱淬火後，將通過工作檯旋轉，採用間隔2 3齒的方式循環淬火，這個循環方式可以通過設備數控方式進行設置，過程中配合淬火設備中的輔助定位導杆，可確保每次淬火感應器旋轉後相對齒形的位置一致，而且由於中頻感應器運動也不是連續勻速的，考慮到淬火前後的齒輪自身溫度狀態，因此中頻感應器開始在齒的端面前停留2 3秒，給工件預熱，然後以均勻的速度大約在I. 5mm/s左右的速度淬火，出口端停留I秒左右時間；
(6)、按照步驟(5)對待淬火工件的所有齒溝進行淬火後，檢查淬火硬度和外表質量，合格後進行首件加工，首件檢測後方可批量生產，在批量生產過程中注意每班過程參數記錄，用統計分析方法，逐步控制過程工藝參數，淬火後10小時之內必須進行回火處理，回火溫度190± 10°C，保溫2個小時，空冷，再次檢驗。所述的待淬火工件的調質或正火硬度210-260HB，齒面淬火硬度在50 56HRC之間，齒面淬硬層深度h=3 5mm，齒根淬硬層深度hi不小於I. 5mm]齒輪精車中的待淬火工件齒溝的粗糙度為3. 2-1.6。本發明的原理為通常齒坯材質是50Mn或42CrMo，調質或正火硬度210-260HB，齒面淬火硬度在50 56HRC之間，齒面淬硬層深度h=3 5mm(跟設計有關)，齒根淬硬層深度hi不小於I. 5mm。影響齒輪淬火質量的主要因素有齒輪的材質要求、粗糙度(加工精度)，齒輪的裝夾的精度、感應器的形狀與工件的相對位置、加熱溫度、沿齒溝運動的參數；淬火液的選擇、控制。對於迴轉支承材質除外觀缺陷控制和調質硬度測試之外，重要的是工件的檢測樣件低倍組織的金相分析，進行比照對比，控制金屬金相晶粒的構成，為後期的中頻淬火做好基本準備；其次，控制粗糙度的影響，粗糙度高容易導致淬火面出現細小裂紋，嚴重的導致工件報廢，由此要求粗糙度最好控制在3. 2-1. 6左右，齒輪加工最後一道成型工藝切削量要小。並且要求齒輪加工後後要去毛刺和工件表面的鐵屑、油料等附著物，保持工件的清潔。
中頻感應器的形狀與位置。中頻感應器加熱是利用電器感應原理，在待淬火工件表面上產生感應電流即渦流，在工件自身電阻作用下，電能轉換成熱能，就感應器的斷面外形尺寸，考慮到尖角效應、集膚效應，感應器離齒輪頂部必需留有一定的距離h4，這裡的間隙距離非常關鍵，沿齒廓不同的表面積與體積之比需要對應不同的感應能量，這裡齒溝間隙h3和齒側間隙h5，基本不受模數影響，一般取h3= I. 5 2mm，齒側間隙h5在節圓處，一般取h5= I. 25 I. 5mm;而感應器與齒頂間隙h4和齒輪的模數關聯較大，不能一概而論，基本如下表設定
模數m |6 12 |14 20 丨22 32|34 48|50
h4(mm)丨2. 8 3. 2 丨3. 4 3. 8 丨4 5 丨5 7 8
感應器的工作頻率取決於淬火深度，一般取的電流透入深度是淬硬層深度的2倍，迴轉支承齒面淬火深度為3 5mm，計算頻率範圍在7 2. 5KHz,具體取值根據淬火溫度相關;
加熱溫度及感應器運動的運動要求。中頻加熱的特點是加熱速度快，金屬材料的金相組織變化也快，所得的奧氏體晶粒也越細，從而得到的硬度比普通加熱淬火的硬度也高2 3HRC，馬氏體細小，耐磨性及疲勞強度也大大提高。由於齒輪的材料通過調質或正火，材料組織晶粒較細，一般選擇淬火溫度基本選擇920±20°C ;就齒圈整體而言，淬火方式是斷續的。感應器在加熱淬火後，將通過工作檯旋轉，開始下一次的單齒淬火，為了防止臨近的輪齒冷卻不足導致熱傳遞產生回火現象，採用間隔2 3齒的方式循環淬火，這個循環方式可以通過設備數控方式進行設置，簡單易行。就單個齒而言，感應器運動也不是連續勻速的，考慮到淬火前後的齒輪自身溫度狀態，感應器開始在齒的端面前停留2 3秒，給工件預熱，然後以均勻的速度大約在I. 5mm/s左右的速度淬火，出口端停留I秒左右時間，目的在於保證齒溝能夠得到淬火溫度，防止軟帶產生。淬火液的控制。淬火液對淬火的硬度和淬火缺陷如裂紋、變形、硬度不足(白斑)有著根本影響，目前大多數廠家使用的PAG，這是一種由環氧乙烷與環氧丙烷的共聚物，當溫度升高時，聚醚溶解度反而會下降，乃至從水中析出(這叫做逆溶性)。聚醚水溶液在常溫下均勻透明溶液，溫度上升到濁點時，溶液就從透明變為混濁。當溫度繼續上升到逆熔點時，聚醚的線型大分子就會從水中析出，並與水完全分離。當聚醚濃度增大時，在淬火過程中能在工件表面形成沉積膜，起著隔熱層的作用，使冷卻速度下降。沉積膜的厚度取決於聚醚濃度。因此聚醚溶液的冷卻速度是可以調節的。沉積膜的存在使散熱比較均勻，從而可消除軟點，並減小工件的內應力，防止工件變形。當淬火溫度下降到逆熔點以下時，已析出的聚醚又會重新溶於水。PAG淬火液的工藝參數控制1、溫度淬火液的溫度需要有溫度儀進行監控，其使用溫度範圍較窄，一般為40±10°C，配套的設備需要能進行溫度控制(冷卻或加熱)同時進行攪拌；2、濃度控制使用過程中PAG會隨工件流失、氧化分解，以及雜質、油汙、自來水含有物質等加入，都構成了對濃度的影響，用折光儀檢測的數據將缺乏真實性，可以配合粘度測量法、真實濃度測量法(取樣加熱分離)綜合控制PAG組分的含量，一般濃度控制在9± 1%。同時加大對工件處理前的清潔工作，延長使用壽命。本發明的有益效果
本發明通過對中頻感應器與齒溝之間的耦合間隙、電流透入深度、齒溝線速度、淬火液的溫度和濃度等工藝參數的設定和調整，提高了淬火質量，特別適 合材料為50Mn或42CrMo,齒輪模數大於6的淬火要求。
圖I為淬火設備結構示意圖。圖2為定位導杆和感應頭與齒溝配合結構示意圖。圖3為齒輪淬硬火層示意圖。圖4為齒溝淬火硬度層示意圖。
具體實施例方式參見附圖一種迴轉支承齒輪淬火的工藝方法，其主要工序是對迴轉支承的內圈和外圈分別進行粗車、精車、插齒、淬火和回火，淬火中的淬火設備中的感應器採用中頻淬火感應器，淬火液為PAG淬火液，淬火設備中包括有旋轉工座臺5，旋轉工作檯5 —側設有可垂直移動的固定座11，固定座11 一側的水平側板上架設有水平移動的滑座10，滑座10上固定安裝有驅動中頻淬火感應器7和輔助定位導杆8運行的變壓器9，中頻淬火感應器7前端部的感應頭12為梯形，感應頭12與其對應的齒溝4配合時應留有耦合空隙，輔助定位導杆8與中頻淬火感應器前端部的感應頭並列，且均固定安裝在滑座伸出的固定杆13上；
其利用上述淬火設備淬火的具體工藝步驟如下
(I)、首先對待淬火工件的運動精度，中頻感應器的位置移動進行調控，將待淬火工件平放在旋轉工作檯上，由數控電機控制旋轉工作檯做精度較高的斷續運動，從而控制帶淬火工件的運動精度，通過滑座在水平側板上的移動、固定座的垂直移動，實現了中頻感應器位置的調控。(2)、將待淬火工件清潔乾淨，不得殘留加工殘留物和其它附著物、油汙，吊裝上淬火設備上，安放妥當後，用百分表檢測工件的外圓徑向跳動，跳動控制在0. Imm之內，用壓板對稱四點壓緊工件，每次安裝工件前對工作檯也要進行清潔；
(3)、調整中頻淬火感應器的感應頭與待淬火工件齒溝之間的間隙,用塞尺檢測中齒溝與其配合的頻淬火感應器的感應頭之間的間距，控制感應頭的底端與其對應的齒根位置之間的耦合間隙h3、感應頭的兩側與其對應的齒溝位置的耦合間隙h5和感應頭頂部與其對應的齒頂位置的耦合間隙尺寸h4的尺寸，如控制感應頭的底端與其對應的齒根位置之間的耦合間隙h3和感應頭的兩側與其對應的齒溝位置的耦合間隙h5不受模數影響，一般取h3= I. 5 2mm，h5= I. 25 I. 5mm，而感應頭頂部與其對應的齒頂位置的耦合間隙尺寸h4需根據待淬火工件的齒輪模數來確定；
(4)、通過溫度儀進行監控調整PAG淬火液的溫度，通過冷卻塔將PAG淬火液溫度控制在40± 10°C，通過折光儀配合粘度測定法、真實濃度測定法檢測PAG淬火液濃度，通過PAG淬火液中加入水將濃度控制在9±1% ；
(5)、調整中頻淬火設備感應頻率及電壓、電流輸出參數，中頻感應器的工作頻率取決於淬火深度，一般取的電流透入深度是淬硬層深度的2倍，迴轉支承齒面淬火深度為3 5_，計算頻率範圍在7 2. 5KHz，具體取值根據淬火溫度相關；同時就齒圈整體而言，淬火方式是斷續的，中頻感應器在加熱淬火後，將通過工作檯旋轉，採用 間隔2 3齒的方式循環淬火，這個循環方式可以通過設備數控方式進行設置，過程中配合淬火設備中的輔助定位導杆，可確保每次淬火感應器旋轉後相對齒形的位置一致，而且由於中頻感應器運動也不是連續勻速的，考慮到淬火前後的齒輪自身溫度狀態，因此中頻感應器開始在齒的端面前停留2 3秒，給工件預熱，然後以均勻的速度大約在I. 5mm/s左右的速度淬火，出口端停留I秒左右時間；
(6)、按照步驟(5)對待淬火工件的所有齒溝進行淬火後，檢查淬火硬度和外表質量，合格後進行首件加工，首件檢測後方可批量生產，在批量生產過程中注意每班過程參數記錄，用統計分析方法，逐步控制過程工藝參數，淬火後10小時之內必須進行回火處理，回火溫度190 ± I (TC，保溫2個小時，空冷，再次檢驗。所述的待淬火工件的調質或正火硬度210-260HB，齒面淬火硬度在50 56HRC之間，齒面淬硬層深度h=3 5mm，齒根淬硬層深度hi不小於I. 5mm]齒輪精車中的待淬火工件齒溝的粗糙度為3. 2-1.6。
權利要求
1.一種迴轉支承齒輪淬火的工藝方法，其主要工序是對迴轉支承的內圈和外圈分別進行粗車、精車、插齒、淬火和回火，其特徵在於所述淬火中的淬火設備中的感應器採用中頻淬火感應器，淬火液為PAG淬火液，淬火設備中包括有旋轉工座臺，所述旋轉工作檯一側設有可垂直移動的固定座，所述固定座一側的水平側板上架設有水平移動的滑座，所述滑座上固定安裝有驅動中頻淬火感應器，所述中頻淬火感應器前端部的感應頭為梯形，所述感應頭與其對應的齒溝配合時應留有耦合空隙，所述輔助定位導杆與中頻淬火感應器前端部的感應頭並列，且均固定安裝在滑座伸出的固定杆上； 其利用上述淬火設備淬火的具體工藝步驟如下 (1)、首先對待淬火工件的運動精度，中頻感應器的位置移動進行調控，將待淬火工件平放在旋轉工作檯上，由數控電機控制旋轉工作檯做精度較高的斷續運動，從而控制帶淬火工件的運動精度，通過滑座在水平側板上的移動、固定座的垂直移動，實現了中頻感應器位置的調控； (2)、將待淬火工件清潔乾淨，不得殘留加工殘留物和其它附著物、油汙，吊裝上淬火設備上，安放妥當後，用百分表檢測工件的外圓徑向跳動，跳動控制在0. Imm之內，用壓板對稱四點壓緊工件，每次安裝工件前對工作檯也要進行清潔； (3 )、調整中頻淬火感應器的感應頭與待淬火工件齒溝之間的間隙,用塞尺檢測中齒溝與其配合的頻淬火感應器的感應頭之間的間距，控制感應頭的底端與其對應的齒根位置之間的耦合間隙h3、感應頭的兩側與其對應的齒溝位置的耦合間隙h5和感應頭頂部與其對應的齒頂位置的耦合間隙尺寸h4的尺寸，如控制感應頭的底端與其對應的齒根位置之間的耦合間隙h3和感應頭的兩側與其對應的齒溝位置的耦合間隙h5不受模數影響，一般取h3= I. 5 2mm，h5= I. 25 I. 5mm，而感應頭頂部與其對應的齒頂位置的耦合間隙尺寸h4需根據待淬火工件的齒輪模數來確定； (4)、通過溫度儀進行監控調整PAG淬火液的溫度，通過冷卻塔將PAG淬火液溫度控制在40± 10°C，通過折光儀配合粘度測定法、真實濃度測定法檢測PAG淬火液濃度，通過PAG淬火液中加入水將濃度控制在9±1% ； (5)、調整中頻淬火設備感應頻率及電壓、電流輸出參數，中頻感應器的工作頻率取決於淬火深度，一般取的電流透入深度是淬硬層深度的2倍，迴轉支承齒面淬火深度為3 5_，計算頻率範圍在7 2. 5KHz，具體取值根據淬火溫度相關；同時就齒圈整體而言，淬火方式是斷續的，中頻感應器在加熱淬火後，將通過工作檯旋轉，採用間隔2 3齒的方式循環淬火，這個循環方式可以通過設備數控方式進行設置，過程中配合淬火設備中的輔助定位導杆，可確保每次淬火感應器旋轉後相對齒形的位置一致，而且由於中頻感應器運動也不是連續勻速的，考慮到淬火前後的齒輪自身溫度狀態，因此中頻感應器開始在齒的端面前停留2 3秒，給工件預熱，然後以均勻的速度大約在I. 5mm/s左右的速度淬火，出口端停留I秒左右時間； (6)、按照步驟(5)對待淬火工件的所有齒溝進行淬火後，檢查淬火硬度和外表質量，合格後進行首件加工，首件檢測後方可批量生產，在批量生產過程中注意每班過程參數記錄，用統計分析方法，逐步控制過程工藝參數，淬火後10小時之內必須進行回火處理，回火溫度190± 10°C，保溫2個小時，空冷，再次檢驗。
2.根據權利要求I所述的迴轉支承齒輪淬火的工藝方法，其特徵在於所述的待淬 火工件的調質或正火硬度210-260HB，齒面淬火硬度在50 56HRC之間，齒面淬硬層深度h=3 5mm，齒根淬硬層深度hi不小於I. 5mm]齒輪精車中的待淬火工件齒溝的粗糙度為3. 2-1.6。
全文摘要
本發明公開了一種迴轉支承齒輪淬火的工藝方法，其主要工序是對迴轉支承的內圈和外圈分別進行粗車、精車、插齒、淬火和回火，淬火中的淬火設備中的感應器採用中頻淬火感應器，淬火液為PAG淬火液，淬火設備中包括有旋轉工座臺，旋轉工作檯一側設有可垂直移動的固定座，固定座一側的水平側板上架設有水平移動的滑座，滑座上固定安裝有驅動中頻淬火感應器和輔助定位導杆運行的變壓器，中頻淬火感應器前端部的感應頭為梯形，感應頭與其對應的齒溝配合時應留有耦合空隙；淬火的過程中通過對中頻感應器與齒溝之間的耦合間隙、電流透入深度、齒溝線速度、淬火液的溫度和濃度等工藝參數的設定和調整。本發明提高了淬火質量，特別適合材料為50Mn或42CrMo，齒輪模數大於6的淬火要求。
文檔編號C21D9/32GK102766751SQ201210243890
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月14日 優先權日2012年7月14日
發明者唐華峰, 李雲虎 申請人:安徽省宣城市乾坤迴轉支承有限公司