案例分享：行星轮渗碳淬火变形实例
作者：米佩、王甜甜
来源：《金属加工（热加工）》杂志
行星轮是矿用行星减速器的重要部件，在使用中要求具有耐磨，抗表面接触疲劳和抗弯曲疲劳等综合性能，且对齿轮的表面粗糙度有一定的要求。一般采用的热处理方法为渗碳处理，经渗碳淬火处理的工件存在一定的变形，为了满足工件的加工精度要求，需要在渗碳前预留一定的加工余量。
一、试验材料及方法
选用模数为8和12行星轮作为试验对象，结构如图1所示，关键尺寸见表1。热处理要求：渗碳后渗层深度1.4～1.8mm，表面硬度58～62HRC。
图1 行星轮结构示意
表1 行星轮关键尺寸
行星轮进行渗碳处理会产生一定的变形，所以在渗碳前需要在内孔和齿部预留加工量。针对模数8和12的行星轮一般内孔留0.8mm磨量，齿面留0.6mm，端面按照图样下偏差加工。行星轮的渗碳工艺流程为：清洗工件→备料→装炉→渗碳淬火→回火处理。行星轮装炉方式为装2层，层与层之间不用垫块隔开。
二、试验结果与分析
采用上述渗碳工艺参数对1号行星轮试验4件，装2层，第一层编号为1-1-1、1-1-2，第二层编号为1-2-1、1-2-2，对4件行星轮内孔、端面及公法线变形情况进行检测，变形数据如图2所示，内孔检测上、中、下3点，渗碳后尺寸减去渗碳前尺寸为变形量。
图2 1号行星轮变形情况
对1号行星轮变形进行分析，内孔总体变形趋势是缩小，其中最大的缩小0.61mm，最小的缩小0.2mm，同一件产品，内孔变形最大的在下部，且第一层变形量明显大于第二层。针对前期渗碳前内孔留0.8mm的加工量，建议在后续工艺中缩小内孔加工量至0.3mm。行星轮的公法线变形情况与内孔一致，公法线尺寸也缩小，但变形较小，变形量最大为缩小0.08mm。前期齿面公法线留量为0.6mm，在后期工艺中，建议缩小齿面留量至0.4mm。对行星轮端面变形情况进行分析，变形量控制在0～0.2mm，因此通过前期将高度尺寸控制在下偏差尺寸，可保证图样要求。采用上述渗碳工艺参数对2号行星轮试验4件，装2层，第一层编号为2-1-1、2-1-2，第二层编号为2-2-1、2-2-2，对4件行星轮内孔、端面及公法线变形情况进行检测，变形数据如图3所示。
图3 2号行星轮变形情况
对2号行星轮变形情况进行分析，内孔总体变形趋势是涨大，其中最大的涨大0.13mm，最小的涨大0.03mm，同一件产品，内孔变形最大的在底部。针对前期渗碳前内孔留0.8mm的加工量，建议在后续工艺中缩小内孔加工量至0.5mm。行星轮的公法线变形情况较小，前期齿面公法线留量为0.6mm，在后期工艺中，建议缩小齿面留量至0.4mm。对行星轮端面变形情况进行分析，变形量控制在0～0.2mm，因此通过前期将高度尺寸控制在下偏差尺寸，可保证图样要求。采用上述渗碳工艺参数对3号行星轮试验4件，装2层，第一层编号为3-1-1、3-1-2，第二层编号为3-2-1、3-2-2，对4件行星轮内孔、端面及公法线变形情况进行检测，变形数据如图4所示。
图4 3号行星轮变形情况
对3号行星轮变形情况进行分析，内孔总体变形趋势是涨大，其中最大涨大0.68mm，最小涨大0.21mm，同1件产品，内孔变形最大的在底部。针对前期渗碳前内孔留0.8mm的加工量，建议在后续工艺中增大至1.0mm。行星轮的公法线变形情况较小，前期齿面公法线留量为0.6mm，在后期工艺中，建议缩小齿面留量至0.4mm。对行星轮端面变形情况进行分析，变形量控制在0～0.2mm，因此通过前期将高度尺寸控制在下偏差尺寸，可保证图样要求。
三、结束语
1）1号行星轮和2号行星轮内孔、外圆相差不大，但1号行星轮高度是2号行星轮的2倍，采用相同的渗碳工艺参数进行处理后，1号行星轮变形规律为内孔缩小，2号行星轮的变形规律为内孔涨大，高度不同，淬火变形规律不同。2）2号行星轮和3号行星轮模数相同，内孔直径相同，但外圆直径不同，变形相差较大，其中外圆直径越大，变形越大，但变形规律均为内孔涨大。3）三种行星轮公法线变形与内孔变形一致，但公法线变形较小。4）在行星轮渗碳前工艺留量的选择上，相近结构可参照现有经验选择，但行星轮变形规律复杂，具体合理的预留加工量需要通过具体的试验得出。
