一种航空齿轮火焰淬火装置及其工艺

摘要

本发明涉及一种航空齿轮火焰淬火装置及其工艺，所述装置包括底座、水槽、旋转电机、滑动组件、喷火组件和升降组件等结构；所述工艺包括设定参数、齿轮装卡定位、记录加热时间和检测记录多点硬度等步骤。本装置根据不同规格的齿轮设置有可搭载相应数量火焰喷头的弧形罩，便于更换，且无需工人手持氧割枪依次对齿轮各齿面进行加热，可降低劳动强度并提高淬火效率。本工艺通过多次调整火焰喷头与齿型面间距、加热时间、冷却速率等参数，以确定合理的加热参数，精确控制沿齿廓方向的热膨胀量，保证磨齿加工后齿面淬硬层深度的均匀性。

权利要求

1.一种航空齿轮火焰淬火装置，其特征在于：所述装置包括底座和设置在底座上表面中部的水槽，以及设置在水槽上方的旋转电机，所述水槽的一侧设置有滑动组件，所述滑动组件的上端部前侧设置有与旋转电机的转动轴位置对应的喷火组件，且所述水槽的另一侧设置有升降组件，所述升降组件固定安装在底座的右端中部，且所述升降组件与旋转电机的底部相连接；

所述滑动组件包括横向安装在底座上且一端与水槽侧面相连接的第一滑轨，和连接在第一滑轨另一端的第一电动机，以及底部通过第一滑块与第一滑轨滑动连接的L型支架；

所述喷火组件包括固定连接在L型支架前端部的弧形罩和延径向均匀分布并插接在弧形罩中部的火焰喷头，以及安装在火焰喷头外侧用于将火焰喷头装卡定位在弧形罩上的锁紧套；

所述升降组件包括竖向安装在底座端部的第二滑轨和连接在第二滑轨上端部的第二电动机，以及一端通过第二滑块与第二滑轨滑动连接的横向连接杆，所述横向连接杆的另一端与所述旋转电机的底部连接；

所述弧形罩的下侧设置有冷却组件；

所述冷却组件包括开设在弧形罩下侧位于火焰喷头下方的弧形滑槽和通过弧形滑块滑动连接在弧形滑槽内的冷却水管；

一种航空齿轮火焰淬火工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：步骤1，系统设定多组加热参数：火焰喷头与航空齿轮齿型面间距h0，h1，h2，…hn、加热时间t0，t1，t2，…tn、冷却水流速v0，v1，v2，…vn；确定航空齿轮的齿数n和齿面硬度差的期望值X；

步骤2，对航空齿轮进行装卡定位，使其任一齿的齿顶正对弧形罩中间的火焰喷头；调整第二滑块高度，使航空齿轮下端面与火焰喷头平齐；移动第一滑块，使火焰喷头与航空齿轮齿型面间距为h0，并用锁紧套锁紧；

步骤3，开启火焰喷头，对航空齿轮进行加热；若实际加热时间t达到系统预设值，即t≥t0，则航空齿轮向上移动至下端面与冷却水管平齐，打开冷却水管，对航空齿轮进行喷水冷却；否则，继续加热，直到满足t≥t0；

步骤4，沿航空齿轮被加热齿的齿廓方向取k个点测硬度，系统对数据进行处理，记硬度最大值为HBmax，最小值为HBmin；若HBmax‑HBmin≥X，则火焰喷头退回到初始位置，航空齿轮顺时针旋转一个齿的角度，系统将加热参数更换为下一组；若HBmax‑HBmin≤X，则系统记录本组加热参数，并对剩余齿进行加热。

说明书

一种航空齿轮火焰淬火装置及其工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及齿轮热处理技术领域，尤其涉及一种航空齿轮火焰淬火装置及其工艺。

背景技术

[0002] 航空齿轮是发动机中重要的传动元件，它的质量和性能严重影响发动机的使用寿命。航空齿轮工作时转速高、传递功率大，承受着交变和冲击载荷，齿和齿之间互相啮合而
产生齿面接触应力和齿根弯曲应力。对航空齿轮一般有以下几方面的要求：齿型面有足够
的强度、抗磨损性能、硬度、接触疲劳性能、高的耐磨性以及良好的综合力学性能，上述要求
可以通过热处理来实现。现有热处理技术中，常以齿廓温度的均匀性作为评判加热质量好
坏的依据，而对航空齿轮热处理时会出现端面翘曲和椭圆度等热处理畸变，且畸变量难以
控制，造成局部轮齿无法磨削，或者出现硬化层被磨掉的质量问题，严重时会导致齿轮报
废。

[0003] 中国专利201720436057.5公开了一种齿轮齿面淬火装置，喷头朝向齿轮的侧面均匀开设有若干火焰喷射口，以使得齿轮受热均匀，进而提高了淬火的质量。但此方法只能使
齿轮受热均匀，无法保证齿轮淬火并磨齿后淬硬层深度的均匀性。因此，亟需一种适合航空
齿轮的热处理工艺，能够获得均匀的淬硬层，提高其可靠性和使用寿命。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种航空齿轮火焰淬火装置及工艺，本发明通过多次调整火焰喷头与齿型面的间距、加热时间以及冷却速率等参数，以确定合理的
加热参数，精确控制沿齿廓方向的热膨胀量，保证磨齿加工后齿面淬硬层深度的均匀性。

[0005] 本发明采用的技术方案如下：

[0006] 本发明所提出的一种航空齿轮火焰淬火装置，该装置包括底座和设置在底座上表面中部的水槽，以及设置在水槽上方的旋转电机，所述水槽的一侧设置有滑动组件，所述滑
动组件的上端部前侧设置有与旋转电机的转动轴位置对应的喷火组件，且所述水槽的另一
侧设置有升降组件，所述升降组件固定安装在底座的右端中部，且所述升降组件与旋转电
机的底部相连接。

[0007] 进一步的，所述滑动组件包括横向安装在底座上且一端与水槽侧面相连接的第一滑轨，和连接在第一滑轨另一端的第一电动机，以及底部通过第一滑块与第一滑轨滑动连
接的L型支架。

[0008] 进一步的，所述喷火组件包括固定连接在L型支架前端部的弧形罩和延径向均匀分布并插接在弧形罩中部的火焰喷头，以及安装在火焰喷头外侧用于将火焰喷头装卡定位
在弧形罩上的锁紧套。

[0009] 进一步的，所述升降组件包括竖向安装在底座端部的第二滑轨和连接在第二滑轨上端部的第二电动机，以及一端通过第二滑块与第二滑轨滑动连接的横向连接杆，所述横
向连接杆的另一端与所述旋转电机的底部连接。

[0010] 进一步的，所述弧形罩的下侧设置有冷却组件。

[0011] 进一步的，所述冷却组件包括开设在弧形罩下侧位于火焰喷头下方的弧形滑槽和通过弧形滑块滑动连接在弧形滑槽内的冷却水管。

[0012] 一种航空齿轮火焰淬火工艺，所述工艺包括以下步骤：步骤1，系统设定多组加热参数：火焰喷头与航空齿轮齿型面间距h0，h1，h2，…hn、加热时间t0，t1，t2，…tn、冷却水流速
v0，v1，v2，…vn；确定航空齿轮的齿数n和齿面硬度差的期望值X；步骤2，对航空齿轮进行装
卡定位，使其任一齿的齿顶正对弧形罩中间的火焰喷头；调整第二滑块高度，使航空齿轮下
端面与火焰喷头平齐；移动第一滑块，使火焰喷头与航空齿轮齿型面间距为h0，并用锁紧套
锁紧；步骤3，开启火焰喷头，对航空齿轮进行加热；若实际加热时间t达到系统预设值，即t
≥t0，则航空齿轮向上移动至下端面与冷却水管平齐，打开冷却水管，对航空齿轮进行喷水
冷却；否则，继续加热，直到满足t≥t0；步骤4，沿航空齿轮被加热齿的齿廓方向取k个点测
硬度，系统对数据进行处理，记硬度最大值为HBmax，最小值为HBmin；若HBmax‑HBmin≥X，则火焰
喷头退回到初始位置，航空齿轮顺时针旋转一个齿的角度，系统将加热参数更换为下一组；
若HBmax‑HBmin≤X，则系统记录本组加热参数，并对剩余齿进行加热。

[0013] 本发明的有益效果为：

[0014] 1、根据不同规格的齿轮设置有多组搭载相应数量火焰喷头的弧形罩，方便更换，并且无需工人手持氧割枪依次对齿轮各齿面进行加热，从而降低了工人的劳动强度，提高
淬火效率。

[0015] 2、通过多次调整火焰喷头与齿型面间距、加热时间、冷却速率等参数，以确定合理的加热参数，精确控制沿齿廓方向的热膨胀量，保证磨齿加工后齿面淬硬层深度的均匀性。

附图说明

[0016] 图1是本发明所提出的一种航空齿轮火焰淬火装置一个实施例的整体结构示意图；

[0017] 图2是本发明火焰淬火的工艺流程图；

[0018] 图3是本发明火焰淬火的原理结构示意图。

具体实施方式

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。

[0020] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构
造和操作。

[0021] 参见图1，给出了本发明所提出的一种航空齿轮火焰淬火装置的一个实施例的具体结构。本装置包括底座1、水槽2、旋转电机3、滑动组件4、喷火组件5、升降组件6和冷却组
件7。所述水槽2安装在底座1上表面的中部区域，所述滑动组件4和升降组件6分别安装在水
槽2的左右两侧，所述喷火组件5固定连接在滑动组件4顶部的前端，所述旋转电机3设置在
水槽2的正上方且底部与升降组件6的前端部固定连接，所述冷却组件7设置在喷火组件5的
下部。

[0022] 所述滑动组件4包括横向固定安装在底座1上的第一滑轨41，所述第一滑轨41的右端部与水槽2的左侧连接，所述第一滑轨41的左端部连接有第一电动机42，所述第一滑轨41
的上方连接有竖向的L型支架43，所述L型支架43的底部通过滑块44与第一滑轨41滑动连
接。

[0023] 所述喷火组件5包括横向固定连接在L型支架43顶部前端的弧形罩51和延径向均匀分布并插接在弧形罩51中部的火焰喷头52，所述火焰喷头52的数量可根据实际情况进行
调整，本实施例中，所述火焰喷头52的数量为五个，以及安装在每个火焰喷头52左侧用于将
火焰喷头52装卡定位在弧形罩上的锁紧套53，且所述火焰喷头52的水平位置均与待处理的
航空齿轮8的位置对应。

[0024] 所述升降组件6包括竖向固定安装在底座右端中部的第二滑轨61和连接在第二滑轨61顶部的第二电动机62，以及一端通过第二滑块64与第二滑轨61滑动连接的横向连接杆
63，所述横向连接杆63的左端部位于水槽2的正上方，且所述横向连接杆63的左端部与所述
旋转电机3的底部固定连接。

[0025] 所述冷却组件7包括横向开设在弧形罩51下侧的弧形滑槽71，所述弧形滑槽71位于火焰喷头52与弧形罩51连接处的下方，所述弧形滑槽71内设置有冷却水管72，所述冷却
水管72的底部通过弧形滑块73与弧形滑槽71滑动连接。

[0026] 本装置在工作时，将待处理的航空齿轮8套设在旋转电机3的输出轴31上，并通过定位销81将其固定，通过横向连接杆63的上下滑动来调整航空齿轮8的水平位置，当其到达
指定位置后，通过向右滑动L型支架43使所有火焰喷头52均对准在航空齿轮8一个齿上的相
应位置，当火焰喷头52对一个齿的加热完成后，向下滑动横向连接杆63，使航空齿轮8的水
平位置与冷却水管72的水平位置对应，并通过冷却水管72对加热后的齿喷洒冷却水，然后
旋转电机3转动一个齿的位置，再向上滑动横向连接杆63，使下一个待加热的齿的相应位置
与火焰喷头52对准，重复操作直至所有齿被处理完成。本装置中，根据不同规格的航空齿
轮，可通过弧形罩51搭载多组相应数量的火焰喷头52，更换方便，并且无需工人手持氧割枪
依次对齿轮各齿面进行加热，可有效降低工人的劳动强度，并提高淬火效率。

[0027] 参见图2，给出了本发明所提出的一种航空齿轮火焰淬火工艺的具体流程，所述工艺具体包括以下步骤：

[0028] 步骤1，系统设定多组加热参数：火焰喷头52与航空齿轮8齿型面间距h0，h1，h2，…hn、加热时间t0，t1，t2，…tn、冷却水流速v0，v1，v2，…vn；确定航空齿轮的齿数n和齿面硬度差
2
的期望值X，本实施例中，已知航空齿轮8的齿数n＝11，齿面硬度差的期望值X＝3N/mm ；系
统根据齿数设定11组加热参数(在合理范围内对间距、时间和流速三个加热参数进行调整，
使加热效果在合理范围内上下浮动，多次尝试以得到最佳加热参数)，如下表所示：

[0029]

[0030] 步骤2，以第一组加热参数为例，对航空齿轮8进行装卡定位，使其任一齿的齿顶正对弧形罩51中间的火焰喷头52；调整第二滑块64的高度，使航空齿轮8下端面与火焰喷头52
平齐；移动第一滑块44，使火焰喷头52与航空齿轮8齿型面间距为30mm，并通过锁紧套53将
火焰喷头52锁紧；

[0031] 步骤3，开启火焰喷头5，对航空齿轮8的一个齿进行加热；若实际加热时间t达到系统预设值，即t≥5.0s，则航空齿轮8向上移动至下端面与冷却水管72平齐，打开冷却水管
72，对加热后的齿进行喷水冷却；否则，继续加热，直到满足t≥5.0s；

[0032] 步骤4，系统检测航空齿轮8经淬火处理后的齿面硬度，具体过程如下：

[0033] (1)如图3所示，从航空齿轮8被加热齿的齿根出发，分别取齿根与齿廓的交际处、齿廓的中点、齿顶的中点，记为点A、B、C、D、E；

[0034] (2)测量A、B、C、D、E这5个点的硬度，系统对数据进行处理，记硬度最大值为HBmax，最小值为HBmin；

[0035] (3)若HBmax‑HBmin≥3N/mm2，则火焰喷头52退回到初始位置，航空齿轮8顺时针旋转2
一个齿的角度，系统将加热参数更换为下一组；若HBmax‑HBmin≤3N/mm ，则系统记录本组加
热参数，并采用本组加热参数对剩余的10个齿进行加热。

[0036] 实际加热过程中，工人可直接观测被加热齿的A、B、C、D、E各点的加热效果，若发现某些点加热效果差，可通过增大相对应的火焰喷头的功率来对其进行细微调整，以精确控
制沿齿廓方向的热膨胀量，保证磨齿加工后齿面淬硬层深度的均匀性。

[0037] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方
案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。