大型齒圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于其壁薄、徑長(zhǎng)比（外徑/ 齒寬）大，其滲碳淬火畸變大、不規(guī)則且難以控制，較大畸變量直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和后序的加工效率，導(dǎo)致后序加工余量不均勻，影響齒面有效硬化層深和齒面硬度，從而降低齒圈的強(qiáng)度、承載能力和疲勞強(qiáng)度，最終降低齒圈的使用壽命。

1零件概況

以某大型薄壁齒圈，材質(zhì)為20CrMnMo，螺旋角7°右旋，齒面要求硬度58~62 HRC，心部要求硬度30~42 HRC，工藝有效硬化層深3.3~3.8 mm，橢圓度要求< 3 mm，成品示意簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。圖1所示齒圈，滲碳后直徑縮小1~3mm，采用硝鹽淬火后直徑漲大5~7mm，即漲大0.18％一0.25％D。對(duì)于齒圈而言，畸變分兩種類型：一種為規(guī)律性的整體漲大縮小量，一般通過(guò)對(duì)齒頂圓及滾齒留磨量控制來(lái)保證成品齒部精度；二種為無(wú)規(guī)律性畸變，即橢圓 、翹曲、錐度等，該類畸變影響因素較多，材料均勻性鍛造、機(jī)加工殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)、裝架方式、滲碳淬火工藝等均會(huì)導(dǎo)致畸變。若殘余機(jī)加工應(yīng)力未徹底消除，后續(xù)熱處理中齒圈將發(fā)生與殘余應(yīng)力成正比的畸變。齒圈徑長(zhǎng)比越大，滲碳收縮量越大，淬火漲大量越大；齒寬越大，產(chǎn)生錐度越大；當(dāng)結(jié)構(gòu)對(duì)稱且簡(jiǎn)單、徑長(zhǎng)比小，壁厚/齒寬值大時(shí)，滲碳淬火畸變較小。

2畸變控制

2.1機(jī)加工設(shè)計(jì)

該齒圈工藝路線：鍛造一鍛后正、回火一粗車一調(diào)質(zhì)預(yù)處理一半精車一人工時(shí)效一滾齒一滲碳淬火、回火一拋丸一精車一人工時(shí)效一精車一磨齒一成品。

考慮淬火將導(dǎo)致外圓漲大以及螺旋角變大，因此工藝設(shè)計(jì)通過(guò)減小半精車齒頂圓以及滾齒螺旋角來(lái)保證硝鹽淬火后齒圈齒頂圓、公法線及齒形齒向符合圖紙要求。樣本齒圈成品內(nèi)孔有凸臺(tái)，其結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、厚薄懸殊大等對(duì)熱處理畸變有負(fù)面影響，因此機(jī)加工設(shè)計(jì)將內(nèi)孔臺(tái)階留至精車加工，如圖2所示。

2.2預(yù)處理

預(yù)處理若采用正火加高溫回火，熱處理后組織為珠光體加鐵素體，甚至產(chǎn)生非平衡組織貝氏體，由于空氣冷卻不均勻，正火組織均勻性較差。由于油介質(zhì)冷卻均勻性及速度均優(yōu)于空氣，調(diào)質(zhì)將獲得均勻的回火索氏體組織，可以改善或消除鍛造產(chǎn)生的原始組織不均勻性，使齒圈力學(xué)性能均勻性提高。鍛后正火熱處理可以改善鍛造組織，細(xì)化品粒，調(diào)質(zhì)預(yù)處理將均勻組織、減小后續(xù)熱處理畸變，兩者結(jié)合對(duì)于改善滲碳淬火組織及畸變十分有效。