滲碳淬火齒輪的應(yīng)用較為廣泛，但齒輪在滲碳淬火中產(chǎn)生畸變也是一種普遍現(xiàn)象。引起齒輪熱處理畸變的原因是多方面的，如材質(zhì)、齒輪幾何形狀、冷熱加工工藝等。針對(duì)這些原因，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐 ，提出了減小滲碳淬火齒輪畸變的一些措施。對(duì)于不可避免畸變的齒輪，可通過(guò)預(yù)留機(jī)加工余量的方法來(lái)補(bǔ)償齒輪的畸變。

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)齒輪傳動(dòng)精度的要求越來(lái)越高，既要求承載能力高 ，使用壽命長(zhǎng)，安全可靠，同時(shí)還要求體積小 、重量輕，傳動(dòng)平穩(wěn) 、噪聲低，這在近年來(lái)蓬勃發(fā)展的風(fēng)能發(fā)電機(jī)齒輪箱上得到了體現(xiàn) 。而能達(dá)到以上各項(xiàng)要求的只有滲碳淬火并磨齒的齒輪。然而，滲碳淬火畸變卻一直是我國(guó)齒輪生產(chǎn)中需要攻克的一道難關(guān) 。滲碳淬火畸變不僅影響齒輪的精度，而且還對(duì)齒輪強(qiáng)度產(chǎn)生影響。通常，為了保持齒根的殘余應(yīng)力，滲碳淬火齒輪只磨削有效齒面而不磨削齒根的過(guò)渡曲線部分。但由于熱處理產(chǎn)生不均勻畸變，一部分輪齒磨削后在有效齒面與齒根過(guò)渡曲線部分之間形成了“磨削臺(tái)階”。磨削臺(tái)階一方面使輪齒漸開(kāi)線工作長(zhǎng)度縮短 、重疊系數(shù)下降 、 嚙合沖擊增大，影響傳動(dòng)質(zhì)量(振動(dòng) 、噪聲 )，另一方 面由于臺(tái)階處圓角很小，應(yīng)力集中可能十分嚴(yán)重，而且砂輪邊緣在磨削時(shí)產(chǎn)生的高溫可能使“臺(tái)階”處硬度降低 、強(qiáng)度下降，所以帶“臺(tái)階”的齒輪在服役過(guò)程中往往會(huì)在臺(tái)階處首先產(chǎn)生疲勞裂紋 ，再逐漸擴(kuò)展而造成輪齒折斷。因此，減小滲碳淬火畸變形就成為當(dāng)今齒輪熱處理生產(chǎn)中亟待解決的技術(shù)難題 。

1、熱處理應(yīng)力與畸變

工件在加熱和冷卻時(shí)，一方面由于其內(nèi)外不可避免地存在一定的溫差而引起比體積差，同時(shí)表面和心部的不同時(shí)相變也會(huì)造成比體積差，這是產(chǎn)生熱處理應(yīng)力的根本原因。由于工件內(nèi)外溫差所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力謂之熱應(yīng)力，由工件內(nèi)外組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力謂之組織應(yīng)力。而工件熱處理后的 殘余應(yīng)力則是熱應(yīng)力和組織應(yīng)力綜合作用迭加的結(jié)果 。由熱處理所造成的畸變一般可分為如下三種類(lèi)型：體積變化、形狀對(duì)稱(chēng)變化和扭曲。體積變化是指形狀不變 ，通常只是各部分的尺寸發(fā)生同樣伸縮的情況。形狀對(duì)稱(chēng)變化是在不同的方向上，分別出現(xiàn)對(duì)稱(chēng)性的尺寸變化；扭曲則是非對(duì)稱(chēng)性的形狀變化 。三種類(lèi)型的形狀變化示意地表示于圖 1。

圖 1 熱處理畸變類(lèi)型示意圖

(a)體積變化 ；(b)形狀對(duì)稱(chēng)變化 ；(C)扭曲

2、影響齒輪熱處理畸變的因素

齒輪的熱處理畸變還與機(jī)械加工密切相關(guān)。機(jī)械加工在金屬中產(chǎn)生加工應(yīng)力，特別是由于切削工藝不當(dāng)、刀具用鈍等因素的影響， 會(huì)造成更復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，所以其變形傾向也不相同。采用插齒 、滾齒和擠齒三種工藝加工的齒輪熱處理后的齒向精度列于表1，進(jìn)一步證實(shí)了加工應(yīng)力對(duì)齒輪熱處理畸變的影響。

表 1 用不同工藝機(jī)加工的齒輪的最大齒向誤差／mm