一種滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱處理變形矯正方法，尤其是一種滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮 消除方法，屬于齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 申請人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，滲碳泮火的長齒寬齒輪--即齒寬和齒尚的比例在 0. 9-1. 1、且齒寬大于500mm的齒輪--由于齒寬值和齒高值均較大，因此導(dǎo)致滲碳淬火過 程中齒槽內(nèi)的冷卻速度相對較慢，同時(shí)在齒寬方向上各部位的冷卻速度也差異較大，齒寬 端部的淬火冷卻速度快，而中部冷卻速度慢，結(jié)果其內(nèi)部的應(yīng)力明顯不均衡。
[0003] 分析可知，熱處理過程產(chǎn)生的熱應(yīng)力將在淬火過程中導(dǎo)致齒輪收縮，而其內(nèi)部組 織應(yīng)力則導(dǎo)致齒輪漲大。最終漲大還是收縮，取決于熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的大小關(guān)系。如組 織應(yīng)力大于熱應(yīng)力，則最終齒輪齒部漲大；反之如果熱應(yīng)力大于組織應(yīng)力，則最終齒輪齒部 收縮。長齒寬齒輪由于中部冷卻速度較端部明顯緩慢，因此必然導(dǎo)致熱處后的齒部中間收 縮，往往造成磨齒時(shí)此部位無磨削余量，留下黑皮。
[0004] 雖然加大滾齒時(shí)齒輪的公法線余量可以消除黑皮現(xiàn)象，但會(huì)使齒輪端部加工余量 過大，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且很容易造成滲碳層深度受損，影響成品質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種可以在保證齒寬方 向上各處公法線尺寸及磨削后滲碳層深度基本一致前提下，有效消除滲碳淬火長齒寬齒輪 磨削黑皮的方法。
[0006] 為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮消除方法包括以下基 本步驟：
[0007] 第一步、統(tǒng)計(jì)測量--測量一組長齒寬齒輪滲碳淬火后齒寬方向兩端和中部三點(diǎn) 的公法線變形參數(shù)；
[0008] 第二步、擬合曲線一一取齒寬方向兩端和中部三點(diǎn)的公法線變形參數(shù)均值后，擬 合出長齒寬齒輪滲碳淬火后齒寬方向的平均變形曲線；
[0009] 第三步、曲線反向一一根據(jù)擬合出的平均變形曲線推演出反向鼓形曲線，并作為 數(shù)控加工的逼近曲線；
[0010] 第四步、鼓形滾齒一一按逼近曲線滾齒加工出寬度方向公法線呈鼓形的長齒寬齒 輪。
[0011] 本發(fā)明通過檢測獲得長齒寬齒輪熱處理中部縮小凹陷的變形規(guī)律，進(jìn)而通過數(shù)學(xué) 手段求變形均值后，擬合出平均變形曲線，再反畸變生成相應(yīng)的鼓形曲線，滾齒時(shí)根據(jù)鼓形 曲線編制逼近曲線，再滾齒加工，從而以滾齒公法線為鼓形凸起補(bǔ)償長齒寬齒輪滲碳淬火 后的凹陷變形，因此可以有效解決熱處理齒輪磨削后的齒寬中部黑皮問題。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的長齒寬齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2為圖1長齒寬齒輪的輪齒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例滲碳淬火變形后的輪齒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例鼓形輪齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例一
[0017] 本實(shí)施例的長齒寬齒輪結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，主要參數(shù)為：模數(shù)9、齒數(shù)106、全齒高 598、齒寬630、跨齒數(shù)12、公法線平均長度183. 6,由于齒寬值和齒高值均較大，因此導(dǎo)致滲 碳淬火過程中齒槽內(nèi)的冷卻速度相對較慢，同時(shí)在齒寬方向上各部位的冷卻速度也差異較 大，齒寬端部的淬火冷卻速度快，而中部冷卻速度慢，結(jié)果導(dǎo)致熱處后的齒部中間收縮，形 成圖3所示的凹陷曲線，以至于中部沒有磨齒余量，精加工后留下熱處理黑皮。
[0018] 為了解決這一問題，可進(jìn)行以下基本步驟：
[0019] 第一步、統(tǒng)計(jì)測量--取10個(gè)長齒寬齒輪，分別測量各長齒寬齒輪滲碳淬火后的 16個(gè)齒寬方向兩端和中部三點(diǎn)的節(jié)圓公法線變形參數(shù)，得到一組測量數(shù)據(jù)。
[0020] 第二步、擬合曲線一一取齒寬方向兩端和中部三點(diǎn)的節(jié)圓公法線變形參數(shù)均值， 得到0. 123、0. 357、0. 141，建立坐標(biāo)系后，可以得到相應(yīng)的三點(diǎn)坐標(biāo)（0,0. 123)、（630/2， 0. 357)、（630,0. 141)，選擇圓弧作為擬合曲線（選擇其它的二次曲線亦可），由此三點(diǎn)坐標(biāo) 即可擬合出長齒寬齒輪滲碳淬火后齒寬方向的平均圓弧變形曲線。
[0021] 第三步、曲線反向一一根據(jù)擬合出的平均圓弧變形曲線推演出反向圓弧鼓形曲 線，并作為數(shù)控加工的逼近曲線。
[0022] 第四步、鼓形滾齒一一按逼近曲線滾齒加工出寬度方向公法線如圖4所示呈圓弧 鼓形的長齒寬齒輪。
[0023] 由于加工出輪齒呈圓弧鼓形，滲碳淬火后正好補(bǔ)償了輪齒中間的收縮，因此基本 達(dá)到圖2所示的形狀，輪齒的兩端及中部具有基本相同的磨齒余量，有效避免了精加工后 的黑皮現(xiàn)象。
[0024] 上述方法如借助數(shù)控滾齒和磨齒設(shè)備，則可以更進(jìn)一步，具體步驟如下：
[0025] 第一步、統(tǒng)計(jì)測量一一選若干滲碳淬火后長齒寬齒輪，先后在磨齒機(jī)進(jìn)行12點(diǎn)找 正，分別沿齒寬方向測出上端面、齒寬中部、下端面的齒頂、節(jié)圓、齒根三處公法線實(shí)際值， 與所需的預(yù)期公法線值對照后得到相應(yīng)的變形參數(shù)。
[0026] 第二步、擬合曲線一一對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，利用excel中公式stdev.p得 到實(shí)際值與預(yù)期公法線值的標(biāo)準(zhǔn)差，輸入數(shù)控滾齒機(jī)后，該機(jī)將以預(yù)定的二次擬合曲線分 別擬合出長齒寬齒輪滲碳淬火后齒寬方向齒頂、節(jié)圓、齒根的平均變形曲線。
[0027] 第三步、反向共輒一一滾齒機(jī)將擬合出的齒頂、節(jié)圓、齒根公法線的平均變形曲線 反向成相應(yīng)的鼓形曲線，并依此編制逼近曲線加工程序，該逼近曲線取齒頂、節(jié)圓、齒根公 法線平均變形反向后凸起最大的鼓形曲線，這樣可以確保留有足夠的精加工余量；為提高 后續(xù)加工的經(jīng)濟(jì)性，也可以取齒頂、節(jié)圓、齒根公法線平均變形反向后的平均鼓形曲線，即 如果齒頂、節(jié)圓、齒根公法線平均變形反向后的鼓形曲線分別為Π、f2、f3,則逼近曲線取 (fl+f2+f3)/3 ；
[0028] 第四步、鼓形滾齒一一按逼近曲線滾齒加工出寬度方向公法線如圖4所示的呈鼓 形的長齒寬齒輪。
[0029] 這樣，通過檢測獲得長齒寬齒輪熱處理中部縮小凹陷的變形規(guī)律，進(jìn)而通過數(shù)學(xué) 方法根據(jù)獲得的上、中、下（齒頂、節(jié)圓、齒根）變形均值，擬合出平均變形曲線，再反畸變生 成相應(yīng)的鼓形曲線，滾齒時(shí)根據(jù)鼓形曲線編制逼近曲線，從而以滾齒公法線為鼓形凸起補(bǔ) 償長齒寬齒輪滲碳淬火后的凹陷變形，因此可以有效解決熱處理齒輪磨削后的齒寬中部黑 皮問題。
[0030] 本實(shí)施例的具體測量數(shù)據(jù)及處理如下：
[0031] 熱處理變形后一個(gè)長齒寬齒輪12輪齒處各個(gè)位置的公法線實(shí)際值和預(yù)期公法線 的標(biāo)準(zhǔn)差：
[0032]
[0034]

[0036] 以往滲碳淬火后長齒寬齒輪的齒面磨削余量：
[0037]
[0038] 采用本實(shí)施例方法后長齒寬齒輪的齒面磨削余量：
[0039]
[0040] 由此可見，采用本實(shí)施例后的效果十分理想。
[0041] 實(shí)際操作時(shí)，第二步擬合曲線可以利用excel中公式stdev.p得到實(shí)際值與預(yù)期 公法線值的標(biāo)準(zhǔn)差，輸入數(shù)控滾齒機(jī)后，以預(yù)定的二次擬合曲線分別擬合出長齒寬齒輪滲 碳淬火后齒寬方向齒頂、節(jié)圓、齒根的平均變形曲線，再編程處理，保證齒面圓滑過渡即可。 這樣熱處理后變形導(dǎo)致的各處公法線尺寸將重新較為均勻，可以保證精加工后最終成品的 公法線尺寸要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮消除方法，包括以下基本步驟： 第一步、統(tǒng)計(jì)測量一一測量一組長齒寬齒輪滲碳淬火后齒寬方向兩端和中部三點(diǎn)的公 法線變形參數(shù)； 第二步、擬合曲線一一取齒寬方向兩端和中部三點(diǎn)的公法線變形參數(shù)均值后，擬合出 長齒寬齒輪滲碳淬火后齒寬方向的平均變形曲線； 第三步、曲線反向一一根據(jù)擬合出的平均變形曲線推演出反向鼓形曲線，并作為數(shù)控 加工的逼近曲線； 第四步、鼓形滾齒一一按逼近曲線滾齒加工出寬度方向公法線呈鼓形的長齒寬齒輪。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮消除方法，其特征在于：所述 第二步中建立坐標(biāo)系，以所述三點(diǎn)的公法線變形參數(shù)均值后確定相應(yīng)的三點(diǎn)坐標(biāo)，選擇圓 弧作為擬合曲線，由所述三點(diǎn)坐標(biāo)擬合出長齒寬齒輪滲碳淬火后齒寬方向的平均圓弧變形 曲線。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮消除方法，其特征在于：所述 第一步中，分別沿齒寬方向測出各齒輪上端面、齒寬中部、下端面的齒頂、節(jié)圓、齒根三處公 法線實(shí)際值，與所需的預(yù)期公法線值對照后得到相應(yīng)的變形參數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮消除方法，其特征在于：所述 第三步中，逼近曲線取齒頂、節(jié)圓、齒根公法線平均變形反向后凸起最大的鼓形曲線。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮消除方法，其特征在于：所述 第三步中，逼近曲線取齒頂、節(jié)圓、齒根公法線平均變形反向后的平均鼓形曲線。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種滲碳淬火長齒寬齒輪磨削黑皮消除方法，屬于齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括統(tǒng)計(jì)測量、擬合曲線、曲線反向、鼓形滾齒步驟。本發(fā)明通過檢測獲得長齒寬齒輪熱處理中部縮小凹陷的變形規(guī)律，進(jìn)而通過數(shù)學(xué)手段求變形均值后，擬合出平均變形曲線，再反畸變生成相應(yīng)的鼓形曲線，滾齒時(shí)根據(jù)鼓形曲線編制逼近曲線，再滾齒加工，從而以滾齒公法線為鼓形凸起補(bǔ)償長齒寬齒輪滲碳淬火后的凹陷變形，因此可以有效解決熱處理齒輪磨削后的齒寬中部黑皮問題。
【IPC分類】B23F5/02
【公開號(hào)】CN105252083
【申請?zhí)枴緾N201510750693
【發(fā)明人】黃星, 莊軍, 陳金龍, 劉聰敏, 吳剛
【申請人】南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月6日