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公司新聞
內(nèi)球籠鐘形殼熱處理變形控制方法
2019-01-11 00:00:00 來源：超音頻感應(yīng)加熱設(shè)備 點擊：1524 喜歡：0
內(nèi)球籠和外球籠統(tǒng)稱為球籠，被稱作“等速萬向節(jié)”，是轎車傳動系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動機的動力從變速器傳遞到兩個前車輪，驅(qū)動轎車高速行駛。而鐘形殼是汽車用等速萬向節(jié)至關(guān)重要的零件之一，它主要由工作部分和聯(lián)結(jié)部分組成，工作部分由內(nèi)球面及若干溝道組成，聯(lián)結(jié)部分由柄部的臺階面、外花鍵和外螺紋等組成。
在工作過程中，外花鍵柄部主要承受車輛啟動和制動時的扭矩及一定的彎曲載荷，有時還要承受車輛啟動和制動時因突然加速和減速所產(chǎn)生的沖擊載荷。故其外花鍵柄部受到的應(yīng)力主要為彎曲加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。內(nèi)腔溝道表面則要承受傳動軸傳遞扭矩時沿周向產(chǎn)生的鋼球擠壓，以及車輛在轉(zhuǎn)向過程中鋼球沿溝道方向運動所產(chǎn)生的磨損。
由于鐘形殼工作承受極其復(fù)雜的交變載荷，為確保外花鍵齒面具有足夠的硬度，外花鍵柄部具有高的強度、良好的耐沖擊韌性和抗疲勞性能；內(nèi)腔溝道表面具有高硬度、高耐磨性和高接觸疲勞極限。鐘形殼一般選用滲碳鋼，再經(jīng)過表面滲碳后淬火、回火處理，達到所要求的硬度、強度和韌性等使用性能要求。
本文對20CrMnTi內(nèi)球籠鐘形殼在熱處理滲碳淬火過程中變形控制辦法進行了研究。
1.技術(shù)條件
0458D型內(nèi)球籠鐘形殼的加工工藝路線為：鍛造→正火→粗加工→熱處理（滲碳淬火+回火）→精加工→成品。
尺寸及技術(shù)要求如下：內(nèi)徑￠53.04mm，壁厚8mm，有效硬化層0.8～1.2mm，芯部硬度35～48HRC，橢圓變形0.1mm以內(nèi)。
檢測儀器：洛氏硬度計、顯微維氏硬度計、通止規(guī)和圓度儀。
2.內(nèi)球籠鐘形殼變形控制方法
0458D型內(nèi)球籠鐘形殼內(nèi)腔溝道在滲碳淬火過程中易產(chǎn)生淬火變形，若變形較大，會影響后續(xù)的裝配和使用，所以應(yīng)控制好內(nèi)球籠鐘形殼的變形量。筆者分析機加工、工裝、熱處理工藝、淬火冷卻介質(zhì)、攪拌方式等都是決定淬火變形的因素，本文著重研究了淬火冷卻介質(zhì)、工藝及機加工對內(nèi)球籠鐘形殼變形的影響。
（1）合理選擇油品
熱處理設(shè)備為多用爐，生產(chǎn)初期使用某快速油淬火，超過75%的工件因內(nèi)腔道變形較大而影響產(chǎn)品質(zhì)量，筆者通過改變滲碳時間、淬火溫度及保溫時間、碳勢及滲碳時間、油溫及攪拌頻率等來降低內(nèi)腔變形量，結(jié)果都不理想，最佳情況是工件變形超標比例為55%，圖1為0458D型內(nèi)球籠鐘形殼外觀圖，圖2為鐘形殼裝爐方式。
，能獲得較深的淬硬層及較高的芯部硬度，但仍不能夠有效減小內(nèi)腔變形，抽檢498只零件，55%的零件變形超標，且矯正非常困難，部分部位硬化層過深，達1.3mm以上，超出標準。表1為變形超標的0458D型鐘形殼熱處理后內(nèi)圈尺寸，從表1中可以看出變形超標的鐘形殼熱處理后至少有一個方向的變形量超過偏差（偏差≤+0.10mm）范圍，內(nèi)徑偏差超差最大達9s。
表 1
序號 | 內(nèi)徑偏差值/s | 序號 | 內(nèi)徑偏差值/s |
1 | +6、+14.5、+13 | 6 | -2.5、+16、+9 |
2 | +17、+6.5、+10 | 7 | +3.5、+2、+11 |
3 | +7、+11、+15.5 | 8 | +17.5、+6.5、+14.5 |
4 | +5、+18、+13 | 9 | +18.5、+6.5、+14.5 |
5 | +19、+18、+11.5 | 10 | +14、+13、-3 |
注：標準53.04mm（偏差≤+0.10mm）。
筆者分析認為應(yīng)該是選擇了不合適的淬火油，導(dǎo)致淬火后內(nèi)應(yīng)力較大，使得變形量較大。根據(jù)筆者相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗，認為淬火油需要具備以下基本性能：
①具有較好的破膜能力，以改善淬火冷卻的均勻性（即較高的特性溫度）。
②足夠的冷卻能力，以保證有效硬化層的要求。
③較低的低溫冷速，減小組織應(yīng)力，利于控制變形。
④科學(xué)合理的冷卻分布，有效的控制淬火工件的應(yīng)力分布。所以，決定使用等溫分級淬火油KR 498進行淬火。
按照ISO/DIS 9950標準規(guī)定的方法檢測了原快速淬火油和KR498的冷卻特性，原快速淬火油與KR498淬火油冷卻特性曲線如圖3所示，從圖3中可以看出科潤公司的等溫分級淬火油KR498特性溫度更高，蒸汽膜階段短，低溫冷速更慢，使得工件在淬火冷卻過程中破膜能力更強，低溫組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力更小，在保證淬透性的前提下，能夠有效地降低工件的變形量。
圖3 冷卻特性曲線
采用相同工藝，使用等溫分級淬火油KR498進行淬火，油溫120℃。對淬火后的工件進行檢測，抽檢450只零件，22%的零件變形超標，硬化層深及芯部硬度全部滿足要求。
（2）合理選擇工藝
圖4是原淬火工藝，換用KR498淬火后，鐘形殼的芯部硬度及硬化層深度均達到要求，但仍然有22%的工件變形量超出變形范圍?？紤]到碳勢、滲碳時間、淬火溫度及保溫時間、淬火油溫、攪拌頻率等因素對變形的出現(xiàn)有重要影響，所以后期通過適當延長滲碳時間、提高淬火保溫區(qū)碳勢、提高淬火溫度及保溫時間、降低淬火油溫、提高攪拌頻率來降低鐘形殼內(nèi)腔的變形量；最終發(fā)現(xiàn)采用圖5所示熱處理工藝時，抽檢530只零件，僅5%的零件變形超標，表2為變形超標的0458D型鐘形殼熱處理后內(nèi)圈尺寸。
序號 | 內(nèi)徑偏差值/s | 序號 | 內(nèi)徑偏差值/s |
1 | +11、+7、+10 | 6 | +7、+12、+7.5 |
2 | +11、+6.5、+7 | 7 | +5.5、+11.5、+6 |
3 | +6、+10.5、+5.5 | 8 | +6、+6、+11 |
4 | +12、+7.5、+9 | 9 | +6、+7.5、+12.5 |
5 | +5、+4、+11.5 | 10 | +12、+7、+7 |
注：標準53.04mm（偏差≤+0.10mm）。
（3）合理控制機加工量
換用KR498淬火后，通過調(diào)整碳勢、滲碳時間、淬火溫度及保溫時間、淬火油溫、攪拌頻率等來降低內(nèi)腔變形量，鐘形殼的芯部硬度及硬化層深度均達到要求，但仍然有5%的工件變形量超出變形范圍，從表2中可以看出采用等溫分級淬火油KR498淬火時，變形超標的鐘形殼熱處理后均有一個方向的變形量超過偏差（偏差≤+0.10mm）范圍，偏差值超差在0.5～2.5s之間，筆者想到可通過調(diào)整機加工余量適當補償熱處理過程中產(chǎn)生的變形。
表3為隨機檢測的0458D型鐘形殼熱處理前內(nèi)圈尺寸，筆者將鐘形殼內(nèi)腔的機加工標準尺寸減小0.04mm，熱處理前鐘形殼內(nèi)腔實際標準尺寸減小為53.12mm，通過此調(diào)整，僅有2%～3%的0458D型鐘形殼熱處理后變形超標。
表 3
序號 | 內(nèi)徑偏差值/s | 序號 | 內(nèi)徑偏差值/s |
1 | +3、+3、+4 | 6 | +3.5、+3、+3.5 |
2 | +4、+3.5、+3 | 7 | +5、+4、+5 |
3 | +3、+5、+3.5 | 8 | +3、+3、+3 |
4 | +3、+3、+4 | 9 | +1.5、+3、+2.5 |
5 | +5.5、+5、+5 | 10 | +2、+3、+3 |
注：標準53.16mm（偏差≤+0.06mm）。
3.結(jié)語
（1）內(nèi)球籠鐘形殼在進行熱處理過程中，選擇特性溫度較高，低溫冷速較慢的淬火油，能夠在保證工件淬透性的前提下，有效地控制工件的變形量。
（2）在使用等溫分級淬火油KR498對20CrMnTi內(nèi)球籠鐘形殼進行熱處理過程中，控制好淬火溫度、滲碳保溫時間、淬火油溫、攪拌頻率等因素有利于降低淬火變形。
（3）合理控制機加工量也有助于控制內(nèi)球籠鐘形殼熱處理后的裝配精度。
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