我公司是傳動(dòng)部件專業(yè)制造廠，有許多客戶的軸類產(chǎn)品要求中頻淬火，由于客戶眾多，產(chǎn)品多樣，不可能買很多種感應(yīng)設(shè)備，只能對(duì)現(xiàn)有的感應(yīng)設(shè)備調(diào)試。在調(diào)試的過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)一些問(wèn)題，下面主要介紹一種花鍵軸掃描淬火出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法。
一、提出問(wèn)題
圖1是一種長(zhǎng)軸類產(chǎn)品，技術(shù)要求：兩端花鍵部位硬化層3.5+3mm/500HV1（檢測(cè)部位離端面13mm處），中間部位硬化層6+2mm/500HV1、表面硬度要求56～64HRC，花鍵M值要求71.66～71.74mm。感應(yīng)淬火要求的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，超過(guò)600mm。根據(jù)產(chǎn)品的要求和現(xiàn)有設(shè)備，我們只有采用掃描淬火，軸在試制過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題主要是花鍵變形不合格。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，最終找到一個(gè)合適的淬火方法，減少花鍵變形，達(dá)到批產(chǎn)合格。
圖1 產(chǎn)品裝夾圖
二、第一次試驗(yàn)
第一次試驗(yàn)做6件，熱前花鍵M值要求71.66～71.68mm。實(shí)測(cè)71.66～71.67mm，熱處理后實(shí)測(cè)開始點(diǎn)花鍵M值在71.70～71.74mm之間，花鍵能通能止，結(jié)束點(diǎn)花鍵M值在71.64～71.67mm，離端面有3～10mm花鍵止不住。硬化層形狀見圖2。
a）中頻開始點(diǎn) b）中頻結(jié)束點(diǎn)
圖 2
三、第二次試驗(yàn)
熱前花鍵M值要求71.68～71.70mm。這次試驗(yàn)花鍵是熱前熱后花鍵敲點(diǎn)，做數(shù)據(jù)對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中頻開始的部位花鍵漲0.04～0.08mm，結(jié)束點(diǎn)的部位花鍵縮0.01～0.02mm。這樣中頻后的產(chǎn)品開始點(diǎn)花鍵通不進(jìn)，中頻結(jié)束點(diǎn)花鍵合格。檢測(cè)開始點(diǎn)M值在71.73～71.76mm之間。結(jié)束點(diǎn)M值在71.67～71.68mm之間。檢測(cè)見圖3。花鍵淬火在開始點(diǎn)漲，在結(jié)束點(diǎn)縮。
a）中頻結(jié)束點(diǎn) b）中頻開始點(diǎn)
圖 3
四、第三次試驗(yàn)
根據(jù)第二次試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)圖樣檢測(cè)硬化層要求，檢測(cè)位置要求從端面13mm開始檢測(cè)，根據(jù)這個(gè)要求可以看出，要求端面可以部分不淬火。根據(jù)該要求我們對(duì)于花鍵M值在71.68～71.70mm之間的花鍵軸進(jìn)行第三次試驗(yàn)，主要是調(diào)整開始點(diǎn)淬火位置。同樣做標(biāo)識(shí)測(cè)量淬火前后的M值，這樣處理的花鍵，開始點(diǎn)漲0.01～0.035mm，花鍵熱前M值只要在71.68～71.70mm之間，熱后就是合格。硬化層形狀檢測(cè)如圖4所示。
a）中頻開始點(diǎn) b）中頻結(jié)束點(diǎn)
圖 4
花鍵熱前M值范圍差控制在0.02mm，對(duì)于批量生產(chǎn)有困難，尤其產(chǎn)品又重，批量生產(chǎn)材料淬透性的變化、調(diào)質(zhì)質(zhì)量的穩(wěn)定性、感應(yīng)淬火過(guò)程的控制還是會(huì)出現(xiàn)花鍵變形超差的產(chǎn)品。根據(jù)成品尺寸的要求71.66～71.74mm之間及感應(yīng)淬火變形數(shù)據(jù)，開始點(diǎn)花鍵M值在71.65～71.705mm之間，結(jié)束點(diǎn)花鍵M值在71.68～71.75mm之間，花鍵過(guò)程加工M值控制在0.05～0.07mm之間可以保證，只要標(biāo)識(shí)好，感應(yīng)淬火按照標(biāo)識(shí)淬火，但是這樣會(huì)增加加工過(guò)程的難度，因此這個(gè)方案不可行。按照第三次試驗(yàn)工藝，生產(chǎn)了部分產(chǎn)品，每次感應(yīng)淬火都要用花鍵套檢測(cè)花鍵開始點(diǎn)變形。一般先做6件，只要有花鍵不合格就要檢測(cè)硬化層，通過(guò)調(diào)整硬化層深度、硬化層區(qū)域來(lái)保證變形合格，在工藝上主要是調(diào)整加熱時(shí)間、加熱始點(diǎn)位置、加熱功率。感應(yīng)淬火后出現(xiàn)花鍵不合格的主要原因是：熱前尺寸不在要求范圍內(nèi)、調(diào)質(zhì)質(zhì)量問(wèn)題、材料變化。出現(xiàn)不合格品花鍵M值尺寸在71.74～71.75mm之間（根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)熱前M值范圍差可以控制在0.03mm），只要花鍵始點(diǎn)漲量減少0.01mm，熱后花鍵就會(huì)全部合格。花鍵采用掃描淬火始點(diǎn)花鍵漲，終點(diǎn)花鍵縮。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象分析，花鍵從端面開始加熱時(shí)在熱應(yīng)力下膨脹，加熱到淬火溫度后，開始冷卻，在冷卻時(shí)熱應(yīng)力造成尺寸縮小，但由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織時(shí)，尺寸漲大。在這個(gè)過(guò)程中組織應(yīng)力大于熱應(yīng)力，表現(xiàn)為花鍵漲。如果把花鍵加熱的開始點(diǎn)為離端面一定距離時(shí)，花鍵加熱位置改變后，加熱時(shí)花鍵尺寸膨脹由于受兩端沒有加熱位置的影響，會(huì)減少加熱時(shí)的膨脹量，加熱到淬火溫度后，開始冷卻，在冷卻時(shí)熱應(yīng)力造成尺寸縮小，但由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織時(shí)，尺寸漲大。由于受端面沒有組織轉(zhuǎn)變的影響，也會(huì)降低膨脹量。因此，花鍵改變淬火始點(diǎn)后尺寸變化量是0.010～0.030mm，而不是從端面開始淬火的0.040～0.080mm。產(chǎn)品尺寸較長(zhǎng)，采用掃描淬火，到淬上端花鍵時(shí)，由于感應(yīng)淬火硬化層相當(dāng)于一根管子，其軸向組織應(yīng)力遠(yuǎn)大于橫向組織應(yīng)力，在加熱的過(guò)程中這個(gè)硬化管不斷地膨脹，造成花鍵淬火后縮小（主要是組織應(yīng)力影響大，熱應(yīng)力影響較小）。根據(jù)以上分析對(duì)于始點(diǎn)淬火后只有減少漲量，才能保證花鍵變形合格。設(shè)備是西門子8402D控制系統(tǒng)，對(duì)于很多加熱方式可以控制。考慮端面預(yù)熱幾秒（加熱溫度低于850℃），然后停止加熱，停頓幾秒后，再開始加熱。根據(jù)這個(gè)原理重新制定始點(diǎn)感應(yīng)淬火工藝，工藝為新工藝一。檢測(cè)始點(diǎn)花鍵M值漲量在0.005～0.015mm之間，硬化層形狀見圖5。
圖5 新工藝一金相試塊
這樣試驗(yàn)了30支，在淬火的過(guò)程中，由于端面定位尺寸加工的變化，在淬火時(shí)看到端面有過(guò)熱的現(xiàn)象（考慮檢測(cè)位置在13mm處，不會(huì)影響質(zhì)量）。從開始淬火到結(jié)束約4h。工件在箱式回火爐，在150℃回火，到溫保溫2h。第二天工件清理噴丸時(shí)看到有13件出現(xiàn)端面剝?nèi)α鸭y，見圖6。檢測(cè)花鍵變形全部合格。檢測(cè)有裂紋的工件主要是端面過(guò)熱造成的。
圖6 新工藝一處理
新工藝一處理的花鍵變形全部合格，只要解決了裂紋，這個(gè)處理方式就會(huì)保證花鍵變形合格，這樣熱前花鍵M值公差可以放大。由于端面定位孔的變化造成裂紋，那么能否采用第三次試驗(yàn)工藝的加熱位置來(lái)減少過(guò)熱。還是在新工藝一原位置預(yù)熱，停頓幾秒后回到第三次試驗(yàn)工藝的加熱位置開始加熱，這樣由于端面溫度高，塑性好，加熱時(shí)尺寸膨脹可以向端面移動(dòng)，由于端面溫度高應(yīng)力小，組織應(yīng)力可以沿軸向方向釋放，冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變的應(yīng)力也可以減少。根據(jù)這個(gè)思路我們重新優(yōu)化了始點(diǎn)感應(yīng)淬火工藝，這個(gè)工藝定為新工藝二，檢測(cè)漲量在0.010～0.015mm。檢測(cè)始點(diǎn)花鍵硬化層形狀見圖7。
圖7 新工藝二金相試塊
按新工藝二同樣處理了30件，回火后檢查沒有裂紋，花鍵變形都合格。新工藝二處理的產(chǎn)品，兩個(gè)端面硬化后的顏色及形狀都很類似（圖8與圖3比較）由于漲量減少，只要冷加工尺寸控制與原先一樣，感應(yīng)淬火后的尺寸都是合格的。圖8與圖6比較，可以發(fā)現(xiàn)圖6淬火明顯比圖8的顏色深，端面基本顏色都變化了，說(shuō)明淬火效果好，也就有裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。
圖8 新工藝二處理的始點(diǎn)
通過(guò)多次試驗(yàn)，找出變形的規(guī)律及變形的原因，保證了批量生產(chǎn)，減少了公司損失，希望對(duì)其他公司有所幫助。
作者：郝豐林
單位：江蘇雙環(huán)齒輪有限公司
來(lái)源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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