精密零部件齒輪部件可根據其功能分為運動傳動齒輪和動力傳動齒輪。動力傳動齒輪通常粘接以獲得高硬度和高耐磨性表面，而芯仍然保持可塑性和良好的韌性，使得部件能夠承受一定的沖擊載荷。與氮化相比，滲碳硬化的優點是層的深度更大，允許保留更大的公差以完成齒形。它已廣泛應用于齒輪，軸銷和傳動系統的其他部件。

我廠生產的輸出精密零部件齒輪屬于典型的外齒+內花鍵短軸型零件，材質等級S82（低碳合金結構鋼），漸開線外齒直徑18，齒數39，壓力角為25°，精度等級為相當于規定中的7級。內漸開線花鍵有16個齒，直徑為20/40，壓力角為30°，ANSI標準圓角根側配有7個精度等級。

該部分要求齒輪齒頂，齒面，齒根和齒面硬化至700 HV（HRC≥62）以上，其余表面不進行滲碳處理。在初步設計工藝方案時，非滲碳表面和淬火回火后的芯部硬度達到HRC 42-47，并且我們工廠的粉末冶金工具可以處理零件的結果硬度不超過HRC42。因此，傳統的“銅 - 滲碳去銅”工藝用于整理工藝。齒坯完成后，插入內花鍵。在鍍銅之后，去除頂部和齒側面上的銅層。磨齒余量是保留的，

在處理首先一批產品后，在取樣測試期間發現合格率低于30％。熱處理前牙科切割過程的測量報告結果均合格。分析導致超出容忍度的原因是：

a）在熱處理之后，進行中心孔和外部研磨的兩個步驟，并測量參考變化。

b）在加工和熱處理過程中產生的各種內應力高于材料的屈服強度，應力釋放導致零件不可逆的塑性變形。

有幾種方法可以解決上述兩種效應：

1）合理分配冷加工尺寸公差，適當提高內花鍵加工精度，并補償熱處理變形，具有豐富的尺寸和形狀精度。

2）使用循環保溫和冰冷處理等再加壓裝置盡可能地消除加工過程中產生的殘余應力。

3）嚴格控制熱處理過程中的加熱速率，采用較低的滲碳和淬火加熱溫度，以減少熱處理過程中產生的熱應力; 在不影響滲碳質量的情況下，齒輪的表面碳濃度和滲碳層深度控制在下限范圍內。

4）使用特殊夾具增加齒輪的剛性，以減少熱處理變形的程度。

在此基礎上，我們設計了第二套方案，經過熱處理，精加工工藝基準和測量標準，并將拼接關鍵工藝調整為熱處理：

齒的工藝改進研究表面滲碳零件，當第二批產品加工到花鍵鍵合工藝時，操作員提出了花鍵插刀異常切削的問題 - 第一批插入刀具能夠在試生產過程中連續加工15個零件，前面當批次中僅處理4件時出現刀具。面部磨損和切削。

我們驗證了工具設計的基礎材料和涂層材料是正確的。據推測，齒輪刀片的碎裂的主要原因是內孔的表面泄漏碳，并且局部存在高硬組織。

分析原因有兩個原因：

a）零件尺寸小。在鍍銅過程中銅離子難以擴散到內孔的底部，并且在孔底部的表面上沒有銅層。

b）內孔的銅層不均勻或銅層在加工過程中剝落。

從那時起，我們嘗試了保護措施，如內孔上的保護涂層。然而，由于涂層的高流動性和操作的困難，改善效果不令人滿意。

近年來，我廠通過改進加工，加深了對接和分包模式。我們對硬質合金刀具有了更系統和全面的了解。在刀具供應商技術不斷升級的過程中，我廠可插件的硬度極限逐漸提高到HRC52~55。范圍。通過結合輸出齒輪試驗階段的現場實際記錄，我們在新的改進中創新了保證金保護的使用，而不是傳統的鍍銅保護。程序流程如下圖所示：

新方案的改進思路是在熱處理前在非滲碳表面上保留加工余量。在整個部件被滲碳后，硬車移除了邊緣。在HRC42~47（熱處理后的芯部硬度）狀態下，保證了樣條精度。雖然該方案增加了制造難度，但使用可靠的工具可以確保內部花鍵的質量，消除銅電鍍和銅去除過程，并且生產過程更加簡化，這極大地優化了工藝基準的均勻性。經過熱處理。

為了防止在完成汽車之后由切削應力的釋放引起的部件的二次變形，保護余量的厚度應該盡可能小。因此，有必要掌握部件表面硬度的變化規律。我們在試驗階段收集了一些超出公差的部件，并沿著精密零部件齒輪的徑向部分制作了一個測試件進行測試。

從測試中可以看出，滲碳處理僅改變表面層金屬的碳含量。在淬火和低溫回火處理之后，在滲碳層和部分基質結構（緊密排列的回火馬）氏族組織之間存在硬度過渡層。考慮到當前花鍵樣條的極高硬度和工具的經濟成本。我們使用顯微硬度方法測量從表面到HV = 463（HRC47）的垂直距離，以分析硬化層的更大深度。

本廠采用甲苯作為滲碳介質進行氣體滲碳，以甲醇為稀釋劑，滲碳介質在滲碳溫度下分解，發生以下反應：

在檢測過程中，我們發現硬化層的深度在牙齒形狀方向上呈現規則變化 - 牙根部分的硬化深度最小，牙齒頂部附近的硬化層最厚，并且在分度圓附近的齒的硬化層位于兩者之間。。通過分析可以得出結論，在齒輪滲碳表面的奧氏體結構吸收活性碳原子后，碳濃度增加，部件表面與芯材之間碳濃度的差異迫使碳原子在內部擴散，但由于精密零部件齒輪表面的輪廓特殊性，活性碳原子在不同部位的擴散速度不同，原因是與齒輪每個表面接觸的活性碳原子數不同 - 表面接觸量在齒尖附近最大，精密零部件齒面接觸次之，齒根表面類似于凹面。腔的底部，因此活性碳原子的接觸量最少。

在滲碳過程中，保護余量應均勻連續地覆蓋所有非滲碳表面，因此在確定邊緣厚度時，選擇從中收集的數據指數圓附近的牙齒表面。公式為：

剩余厚度≥齒面碳化層深度+硬度過渡層最大深度。

從加工過程中可以看出，從齒面到HV = 463的垂直距離集中在1.3±0.1 mm的范圍內，在實際使用中，軸向和徑向邊緣處理為1.5mm。

鋼滲碳淬火后，抗拉強度增加到2270Mpa以上。與軟態車削相比，硬車系統的切削力增加了約2倍。提高系統剛性是我們面臨的第一個問題。

輸出精密零部件齒輪結構屬于常規旋轉體。轉出外圈和端面保護余量的效率最高。然而，由于內孔尺寸的限制，Φ12或更大尺寸的鏜孔工具不適合于該部件，因此優選地去除部件的內孔容差。鉆孔以避免由于鏜桿剛度不足引起的震動。

刀片接觸零件時的瞬時沖擊是影響刀具壽命的主要因素。考慮到精密零部件的表面硬度達到HRC62或更高，可以使用重型低速切削來減少沖擊對刀具和機床的影響。應在刀具中控制刀具伸長率。在桿的長度的0.5倍以內，并最小化懸伸以增加剛度。該部件的短而厚的結構和小的縱橫比非常適合于外定心和端面定位的夾緊方法。為了最大限度地減少零件夾緊時的懸伸，我們設計了圖中所示的車削順序：

從表面層到芯層的材料是高碳，中碳，低碳回火馬氏體結構。車削刀片需要高邊緣耐磨性和大切削深度，以應對可變載荷連續切削。此外，為了在不同組織材料之間切換時減小刀片的振動并減小對部件表面質量的影響，應該使用具有抗振設計的外圓棒。

通過查看產品目錄，我們最初開發了兩套車削解決方案。表面余量分為3個車削 - 粗加工機去除了表面上的大部分硬化層，切削深度為1到1.2毫米，半成品車將表面余量均勻分布到0.1。嗯，精車嚴格控制表面粗糙度并保證零件的尺寸精度，最大化系統剛性意味著最大限度地減少零件和工具的懸垂，并安排零件熱處理后的硬車具有小的縱橫比（L / D）。

在轉彎過程中仍然使用水基切削液。為了使切削液能夠快速到達切削刃切削區域，我們增加了冷卻液循環系統的壓力值。高壓切削液還可以有效地減少切削積累，提高零件的表面質量。。

這部分硬車更傾向于穩定夾緊，刀片夾緊方法。我們的生產現場常用三種刀片夾緊方法。C型夾緊系統的特性更符合該部件的切削條件。

經過兩批過程對比驗證，A型單刀片可加工5-6件，單件刀片加工上限13件; B計劃單刀片可加工7件，單件刀片加工上限15件，然后選擇B計劃。

去除保護邊后，露出的基材已轉變為均勻回火馬氏體組織，達到精密零部件的核心硬度HRC42-47，不難加工，通用刀片完全滿足切削條件。

實踐證明，去除硬車保護邊緣的方案是可行的，刀具壽命是理想的，成品零件的表面粗糙度，尺寸精度和位置公差符合要求。

過去，我廠采用粉末冶金作為小齒輪刀具的基礎材料。可通過此類工具加工的零件的硬度不超過HRC42。為了滿足該部件后續批量生產的需要，該工藝改進定制了DATHAN公司生產的硬質合金插刀，涂層材料為TiAlN。

與粉末冶金工具相比，硬質合金刀具具有更好的耐磨性，但抗彎強度和沖擊韌性較差。因此，切削部分采用較大的徑向負前角，以提高齒輪成形刀具的抗沖擊性。抗裂能力強。

精密零部件硬齒面切削參數刀具已加工52件，刀具狀況良好。根據目前的刀具磨損率，預計磨削周期可達80多個。

經過滲碳淬火和回火后，冰冷處理相當于零件的二次正火，可以進一步減少淬火過程中的過飽和馬氏體，減少晶格畸變，減少結構應力，減少熱處理變形。

在部件表面滲碳后，5μm深度表面的過共析層含有致密碳化物，淬火回火后形成非常薄的硬殼層。車刀的尖部在接觸表面層時最容易受到損壞。因此，在去除保護邊緣時，硬車應盡可能保持連續，并且要加工的表面應避免諸如減壓孔和角度定位孔之類的結構。

硬孔需要大的切削力，并且鏜桿的扭轉力和切向力成倍增加。刀具應與零件同心或略高于零件中心，避免切削力造成的變形影響零件的尺寸精度。

在實際應用中，為了進一步延長鉆頭的使用壽命，我們將保護涂層注入零件的盲孔中。在短時間干燥后，涂層將滲入內孔表面并產生一定的粘附力。熱處理后，可以完全除去砂子。在相同的轉動條件下，鉆頭磨刀周期可以增加1.5到1.8倍。

在這一改進之后，我們將精密零部件齒輪部件與這種滲碳要求進行了比較，并總結了適用的保證金保護方法的必要條件 - 部件滲碳區和非滲碳區應具有合理的邊界結構。例如，齒輪的兩端設計有端面凹槽，用于減輕重量。

結論，改進方案已經過4批52個部分的驗證。消除重型低速硬車的保護余量是可行的。切削刀具具有良好的切削條件，零件中的花鍵100％合格。工藝流程縮短到先前改進計劃的2/3，并且消除鍍銅和銅去除工藝進一步降低了制造成本。該程序對于具有類似于齒面的滲碳要求的零件具有參考值。

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