重載齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計與熱處理工藝分析

重載齒輪是有礦山、建材、冶金和石油化工行業(yè)等重工業(yè)設(shè)備的主要組成部分，在運輸和機械配套設(shè)施中，要優(yōu)化重載齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱處理工藝，提高其機械設(shè)備的工作效率，特別是在石油機械生產(chǎn)類的行業(yè)中，有效防治其齒輪的畸變。

有效分析重載齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱處理工藝的最終目的是為了更好的促進(jìn)機械設(shè)備的正常運行，提供重工業(yè)行業(yè)的工作效率，從而整體上提高其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，在運作過程中，齒輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理是需要著重考慮的。

一、重載齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱處理工藝現(xiàn)狀 

一般來說，重載齒輪具有承載量大，受沖擊力較強且安全性能要求高的特性，在使用過程中，需要用到耐磨性較高的材質(zhì)，促進(jìn)其接觸地面的疲勞強度提升，同時能夠形成比較高的抗地面沖擊力。在正常情況下，重載齒輪是用接近于20crmnmo地碳合金結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)制造，需要通過一定的淬火處理來實現(xiàn)高性能、強耐磨性的特質(zhì)。 

而對于重載齒輪的熱處理工藝，簡單的處理工藝是在滲碳之后，進(jìn)行降溫直到淬火的溫度。類似的熱處理工藝方法通常容易造成材料晶粒比較粗大，而且脆弱，齒輪的工具組織應(yīng)力大，一般智能光承受規(guī)模較小的強度不高的重量。當(dāng)前20crmomn比較常用的熱處理工藝是將其滲碳之后，冷卻到550℃出爐，再重新加入到火爐中淬火。通常情況下，出爐溫度與工件表面的氧化脫碳成正比，溫度月底，共建降溫速度越慢，所以說，這種熱處理工業(yè)的耗時比較長。需要進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。 

而齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱處理工業(yè)要建立在較好的防止齒輪畸變的前提下進(jìn)行處理和分析，首先必須要弄清楚載重齒輪畸變的影響因素有那些。 

二、影響重載齒輪畸變的主要因素 

在當(dāng)前的內(nèi)燃和電力機車等重載齒輪設(shè)計中，影響其載重齒輪滲碳淬火過程形成畸變的主要因素有以下幾種:材料淬偷、齒輪結(jié)構(gòu)及尺寸差異、齒輪裝料、冷卻設(shè)備及預(yù)處理組織等。在防治重載齒輪畸變過程中，要全面綜合考慮以上幾種因素，在結(jié)合合理的工藝設(shè)計方案，最大限度的發(fā)揮重載齒輪的優(yōu)越性，防治形成畸變。 

一般來說，重載齒輪的材質(zhì)是15crni6，而其硬度層次為2—2.4mm，齒面的硬度是59-61hrc，心部的硬度為35-42hbw。 

但是對于重載齒輪而言，在滲碳淬火過程中，如果材質(zhì)沒有達(dá)到要求或者沒有高標(biāo)準(zhǔn)的要求的情況下，加熱和冷卻過程會隨著熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的發(fā)生而產(chǎn)生一些影響，導(dǎo)致其齒輪的畸變趨勢。在熱處理過程中，由于齒輪受熱和冷卻的條件和其自身結(jié)構(gòu)的多方面影響，存在不均勻性，因此導(dǎo)致齒輪的畸變通常難以避免。通常，重載齒輪的滲碳淬火過程，往往也是發(fā)生畸變的復(fù)合型過程，形成錐度、橢圓或者翹曲等形式，根據(jù)其規(guī)格和材質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，畸變的側(cè)重點也不相同，這些給日常的工件組合，載重齒輪運作是非常不利的。畸變的齒輪面，往往會給齒面的磨削加工帶來很多的不便利因素。 

三、載重齒輪工藝技術(shù)的處理的要求 

第一，在滲碳階段，需要加強滲碳的強度和深度擴散，加快工藝參數(shù)的時間，使得滲碳速度能夠與其齒輪表明要求的碳濃度、深度以及濃度梯度等多項質(zhì)量指標(biāo)相符合，一般來說，滲碳的溫度大約可以控制在900℃左右。

第二，冷卻階段，在滲碳過程中，隨著炭爐溫度的減低，表層將會出現(xiàn)少量熹微的碳體，當(dāng)溫度冷卻到大約600℃的時候，可以作適當(dāng)?shù)牡葴赝Ａ簟Ｔ谶@一過程中，可能形成和發(fā)生由奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的情況，然后進(jìn)行滲碳表層的碳化物球化作用，為接下來的淬火打下基礎(chǔ)。一般來說，重載齒輪的表層碳濃度要控制在0.85%-1.00%左右。

第三，淬火階段。這一階段是進(jìn)行重載齒輪設(shè)計和處理階段的關(guān)鍵，因為淬火加熱是控制其性能和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，需要加熱到840-860?左右，進(jìn)行工件心部的鐵要素的轉(zhuǎn)變，使珠光體又轉(zhuǎn)化為奧氏體，之后深入部分的碳化物，保障淬火之后，形成高硬度和高強度的馬氏體。 

第四，進(jìn)行回火。這是熱處理階段的最后一環(huán)節(jié)，將溫度控制在200-240℃，進(jìn)行低溫回火，促進(jìn)淬火的馬氏體逐漸系那個回火馬氏體轉(zhuǎn)化，最大限度的分解殘留在表面的奧氏體，保障轉(zhuǎn)化的充分性，一般來說，需要采取2次回火。

四、重載齒輪的熱處理過程結(jié)構(gòu)設(shè)計 

第一，重載齒輪的毛坯組織均勻性結(jié)構(gòu)。毛坯組織的均勻性能夠有效的影響滲碳淬火過程畸變形成。一般來說，重載齒輪的毛坯組織鍛造比為5-6，保障其始鍛溫度和終鍛溫度，然后通過預(yù)處理的調(diào)質(zhì)進(jìn)行組織改善，促進(jìn)奧氏體的碳顆粒盡量保持均勻性。 

第二，加熱和冷卻的重載齒輪組織結(jié)構(gòu)設(shè)計。在滲透淬火階段，爐溫不宜過高或者過低，保障其預(yù)熱階段，促進(jìn)齒輪的均勻受熱，同時盡量減少齒輪各部位由于溫差的原因而形成齒輪畸變。在滲碳冷卻時，需要進(jìn)行二次加熱淬火，井式的緩冷罐以及水冷壁等都能一定程度上降低其冷卻速度，防治碳化物在晶界析出之前，過早的冷卻而形成的畸變。所以在設(shè)計重載齒輪的結(jié)構(gòu)中，一般將其設(shè)備結(jié)構(gòu)的直徑控制在f600mm左右，圓柱形的齒圈要盡量在井式的炭爐中進(jìn)行受熱，然后在圓筒狀的油槽中冷卻下來，盡量使其圓周的冷熱均勻化。另外，圓柱形的齒輪裝爐結(jié)構(gòu)組織直接受影響于裝爐方式，所以，需要充分考慮其承載平面的平整度和安全度。 

所以說，重載齒輪在礦山、建材、冶金和石油化工行業(yè)等重工業(yè)設(shè)備中占據(jù)著重要的組成，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理和熱處理過程合理化是提高其機械設(shè)備形成了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)化的基本前提，根據(jù)重載齒輪的自身特質(zhì)和熱處理過程的各項工藝設(shè)計，需要進(jìn)行有層次、有重點的處理，以有效的防治齒輪的畸變。 

綜上所述，一般來說，重載齒輪根據(jù)其形狀和規(guī)格的不同，需要進(jìn)行批量的生產(chǎn)驗證，在滲碳淬火階段，需要有效的防治由于受熱不均或者結(jié)構(gòu)組織不合理而形成的畸變。當(dāng)前，在滲碳淬火階段已經(jīng)取得了初步的進(jìn)展，在防治和預(yù)防齒輪畸變中，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，合理的選材和科學(xué)的齒輪淬火理化技術(shù)對其具有重要意義，從齒輪的材料合金成分以及窄淬透性帶材料的應(yīng)用，還需要通過更進(jìn)一步的研究和分析，通過科研技術(shù)和生產(chǎn)制造工藝的不斷發(fā)展，促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步。選擇中重，選擇品質(zhì)！