一种渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法

摘要

本发明涉及一种渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法，属于齿轮加工技术领域。该方法包括统计测量、拟合曲线、曲线反向、鼓形滚齿步骤。本发明通过检测获得长齿宽齿轮热处理中部缩小凹陷的变形规律，进而通过数学手段求变形均值后，拟合出平均变形曲线，再反畸变生成相应的鼓形曲线，滚齿时根据鼓形曲线编制逼近曲线，再滚齿加工，从而以滚齿公法线为鼓形凸起补偿长齿宽齿轮渗碳淬火后的凹陷变形，因此可以有效解决热处理齿轮磨削后的齿宽中部黑皮问题。

权利要求

1.一种渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法，包括以下基本步骤：

第一步、统计测量——测量一组长齿宽齿轮渗碳淬火后齿宽方向两端和中部三点的公法线变形参数；分别沿齿宽方向测出各齿轮上端面、齿宽中部、下端面的齿顶、节圆、齿根三处公法线实际值，与所需的预期公法线值对照后得到相应的变形参数；

第二步、拟合曲线——取齿宽方向两端和中部三点的公法线变形参数均值后，拟合出长齿宽齿轮渗碳淬火后齿宽方向的平均变形曲线；

第三步、曲线反向——根据拟合出的平均变形曲线推演出反向鼓形曲线，并作为数控加工的逼近曲线；

第四步、鼓形滚齿——按逼近曲线滚齿加工出宽度方向公法线呈鼓形的长齿宽齿轮。

2.根据权利要求1所述的渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法，其特征在于：所述第二步中建立坐标系，以所述三点的公法线变形参数均值后确定相应的三点坐标，选择圆弧作为拟合曲线，由所述三点坐标拟合出长齿宽齿轮渗碳淬火后齿宽方向的平均圆弧变形曲线。

3.根据权利要求2所述的渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法，其特征在于：所述第三步中，逼近曲线取齿顶、节圆、齿根公法线平均变形反向后凸起最大的鼓形曲线。

4.根据权利要求2所述的渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法，其特征在于：所述第三步中，逼近曲线取齿顶、节圆、齿根公法 线平均变形反向后的平均鼓形曲线。

说明书

一种渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热处理变形矫正方法，尤其是一种渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法，属于齿轮加工技术领域。

背景技术

[0002] 申请人在实践中发现，渗碳淬火的长齿宽齿轮——即齿宽和齿高的比例在0.9-1.1、且齿宽大于500mm的齿轮——由于齿宽值和齿高值均较大，因此导致渗碳淬火过程中齿槽内的冷却速度相对较慢，同时在齿宽方向上各部位的冷却速度也差异较大，齿宽端部的淬火冷却速度快，而中部冷却速度慢，结果其内部的应力明显不均衡。

[0003] 分析可知，热处理过程产生的热应力将在淬火过程中导致齿轮收缩，而其内部组织应力则导致齿轮涨大。最终涨大还是收缩，取决于热应力与组织应力的大小关系。如组织应力大于热应力，则最终齿轮齿部涨大；反之如果热应力大于组织应力，则最终齿轮齿部收缩。长齿宽齿轮由于中部冷却速度较端部明显缓慢，因此必然导致热处后的齿部中间收缩，往往造成磨齿时此部位无磨削余量，留下黑皮。

[0004] 虽然加大滚齿时齿轮的公法线余量可以消除黑皮现象，但会使齿轮端部加工余量过大，不仅不经济，而且很容易造成渗碳层深度受损，影响成品质量。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以在保证齿宽方向上各处公法线尺寸及磨削后渗碳层深度基本一致前提下，有效消除渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮的方法。

[0006] 为了达到以上目的，本发明的渗碳淬火长齿宽齿轮磨削黑皮消除方法包括以下基本步骤：

[0007] 第一步、统计测量——测量一组长齿宽齿轮渗碳淬火后齿宽方向两端和中部三点的公法线变形参数；

[0008] 第二步、拟合曲线——取齿宽方向两端和中部三点的公法线变形参数均值后，拟合出长齿宽齿轮渗碳淬火后齿宽方向的平均变形曲线；

[0009] 第三步、曲线反向——根据拟合出的平均变形曲线推演出反向鼓形曲线，并作为数控加工的逼近曲线；

[0010] 第四步、鼓形滚齿——按逼近曲线滚齿加工出宽度方向公法线呈鼓形的长齿宽齿轮。

[0011] 本发明通过检测获得长齿宽齿轮热处理中部缩小凹陷的变形规律，进而通过数学手段求变形均值后，拟合出平均变形曲线，再反畸变生成相应的鼓形曲线，滚齿时根据鼓形曲线编制逼近曲线，再滚齿加工，从而以滚齿公法线为鼓形凸起补偿长齿宽齿轮渗碳淬火后的凹陷变形，因此可以有效解决热处理齿轮磨削后的齿宽中部黑皮问题。

附图说明

[0012] 图1为本发明一个实施例的长齿宽齿轮结构示意图。

[0013] 图2为图1长齿宽齿轮的轮齿结构示意图。

[0014] 图3为本发明一个实施例渗碳淬火变形后的轮齿结构示意图。

[0015] 图4为本发明一个实施例鼓形轮齿的结构示意图。

具体实施方式

[0016] 实施例一

[0017] 本实施例的长齿宽齿轮结构如图1、2所示，主要参数为：模数9、齿数106、全齿高598、齿宽630、跨齿数12、公法线平均长度183.6，由于齿宽值和齿高值均较大，因此导致渗碳淬火过程中齿槽内的冷却速度相对较慢，同时在齿宽方向上各部位的冷却速度也差异较大，齿宽端部的淬火冷却速度快，而中部冷却速度慢，结果导致热处后的齿部中间收缩，形成图3所示的凹陷曲线，以至于中部没有磨齿余量，精加工后留下热处理黑皮。

[0018] 为了解决这一问题，可进行以下基本步骤：

[0019] 第一步、统计测量——取10个长齿宽齿轮，分别测量各长齿宽齿轮渗碳淬火后的16个齿宽方向两端和中部三点的节圆公法线变形参数，得到一组测量数据。

[0020] 第二步、拟合曲线——取齿宽方向两端和中部三点的节圆公法线变形参数均值，得到0.123、0.357、0.141，建立坐标系后，可以得到相应的三点坐标(0，0.123)、(630/2，0.357)、(630，0.141)，选择圆弧作为拟合曲线(选择其它的二次曲线亦可)，由此三点坐标即可拟合出长齿宽齿轮渗碳淬火后齿宽方向的平均圆弧变形曲线。

[0021] 第三步、曲线反向——根据拟合出的平均圆弧变形曲线推演出反向圆弧鼓形曲线，并作为数控加工的逼近曲线。

[0022] 第四步、鼓形滚齿——按逼近曲线滚齿加工出宽度方向公法线如图4所示呈圆弧鼓形的长齿宽齿轮。

[0023] 由于加工出轮齿呈圆弧鼓形，渗碳淬火后正好补偿了轮齿中间的收缩，因此基本达到图2所示的形状，轮齿的两端及中部具有基本相同的磨齿余量，有效避免了精加工后的黑皮现象。

[0024] 上述方法如借助数控滚齿和磨齿设备，则可以更进一步，具体步骤如下：

[0025] 第一步、统计测量——选若干渗碳淬火后长齿宽齿轮，先后在磨齿机进行12点找正，分别沿齿宽方向测出上端面、齿宽中部、下端面的齿顶、节圆、齿根三处公法线实际值，与所需的预期公法线值对照后得到相应的变形参数。

[0026] 第二步、拟合曲线——对得到的数据进行统计处理，利用excel中公式stdev.p得到实际值与预期公法线值的标准差，输入数控滚齿机后，该机将以预定的二次拟合曲线分别拟合出长齿宽齿轮渗碳淬火后齿宽方向齿顶、节圆、齿根的平均变形曲线。

[0027] 第三步、反向共轭——滚齿机将拟合出的齿顶、节圆、齿根公法线的平均变形曲线反向成相应的鼓形曲线，并依此编制逼近曲线加工程序，该逼近曲线取齿顶、节圆、齿根公法线平均变形反向后凸起最大的鼓形曲线，这样可以确保留有足够的精加工余量；为提高后续加工的经济性，也可以取齿顶、节圆、齿根公法线平均变形反向后的平均鼓形曲线，即如果齿顶、节圆、齿根公法线平均变形反向后的鼓形曲线分别为f1、f2、f3，则逼近曲线取(f1+f2+f3)/3；

[0028] 第四步、鼓形滚齿——按逼近曲线滚齿加工出宽度方向公法线如图4所示的呈鼓形的长齿宽齿轮。

[0029] 这样，通过检测获得长齿宽齿轮热处理中部缩小凹陷的变形规律，进而通过数学方法根据获得的上、中、下(齿顶、节圆、齿根)变形均值，拟合出平均变形曲线，再反畸变生成相应的鼓形曲线，滚齿时根据鼓形曲线编制逼近曲线，从而以滚齿公法线为鼓形凸起补偿长齿宽齿轮渗碳淬火后的凹陷变形，因此可以有效解决热处理齿轮磨削后的齿宽中部黑皮问题。

[0030] 本实施例的具体测量数据及处理如下：

[0031] 热处理变形后一个长齿宽齿轮12轮齿处各个位置的公法线实际值和预期公法线的标准差：

[0032]

[0033]

[0034]齿宽中部 齿顶公法线 预期公法线值 节圆公法线 预期公法线值 齿根公法线 预期公法线值
  183.2 183.6 182.8 183.6 183.1 183.6
  183.4 183.6 182.6 183.6 183.2 183.6
  183.2 183.6 182.9 183.6 183.2 183.6
  183 183.6 183.1 183.6 183.1 183.6
  183 183.6 182.8 183.6 183 183.6
  183.1 183.6 183.2 183.6 183.1 183.6
  183.2 183.6 182.8 183.6 183.1 183.6
  183.1 183.6 183.1 183.6 183.1 183.6
  183.2 183.6 183.1 183.6 183.1 183.6
  183.2 183.6 182.9 183.6 183.2 183.6
  183.2 183.6 182.9 183.6 183.3 183.6
  183.1 183.6 182.9 183.6 183.1 183.6
标准方差 0.233   0.357   0.239  

[0035]齿宽下端面 齿顶公法线 预期公法线值 节圆公法线 预期公法线值 齿根公法线 预期公法线值
  183.5 183.6 183.5 183.6 183.6 183.6
  183.8 183.6 183.4 183.6 183.6 183.6
  183.9 183.6 183.2 183.6 183.6 183.6
  183.5 183.6 183.2 183.6 183.7 183.6
  183.6 183.6 183.2 183.6 183.7 183.6
  183.5 183.6 183.5 183.6 183.7 183.6
  183.9 183.6 183.4 183.6 183.7 183.6
  183.6 183.6 183.3 183.6 183.5 183.6
  183.5 183.6 183.6 183.6 183.6 183.6
  183.4 183.6 183.5 183.6 183.6 183.6
  183.8 183.6 183.6 183.6 183.5 183.6
  183.6 183.6 183.6 183.6 183.4 183.6
标准方差 0.118   0.141   0.065  

[0036] 以往渗碳淬火后长齿宽齿轮的齿面磨削余量：

[0037]编号 上端(平均) 中部(平均) 下端(平均)
1511 +0.32 -0.12 +0.26
1326 +0.28 -0.16 +0.18
1242 +0.32 -0.14 +0.22
1028 +0.36 -0.14 +0.22

[0038] 采用本实施例方法后长齿宽齿轮的齿面磨削余量：

[0039]编号 上端(平均) 中部(平均) 下端(平均)
1632 +0.26 +0.20 +0.22
1643 +0.18 +0.16 +0.14
1656 +0.24 +0.2 +0.2
1680 +0.23 +0.22 +0.16

[0040] 由此可见，采用本实施例后的效果十分理想。

[0041] 实际操作时，第二步拟合曲线可以利用excel中公式stdev.p得到实际值与预期公法线值的标准差，输入数控滚齿机后，以预定的二次拟合曲线分别拟合出长齿宽齿轮渗碳淬火后齿宽方向齿顶、节圆、齿根的平均变形曲线，再编程处理，保证齿面圆滑过渡即可。这样热处理后变形导致的各处公法线尺寸将重新较为均匀，可以保证精加工后最终成品的公法线尺寸要求。