范圍檔同步器齒座是變速箱高低檔切換的重要零件，材料為20CrMnTiH。由于該零件外徑有Φ200mm，而總高只有30.5mm，所以該零件熱處理不宜采用變形較大的滲碳直淬工藝，我公司采用的熱處理工藝為：滲碳空冷→二次加熱→壓淬→清洗、回火。該零件要控制的主要尺寸參數(shù)是外齒公法線值及內(nèi)花鍵M值，在進(jìn)行壓淬后，大部分時(shí)候上述二個(gè)尺寸參數(shù)都能得到有效控制，但有時(shí)會(huì)成批出現(xiàn)不明原因的變形量變大、超差，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。我們對此進(jìn)行了分析研究，試圖找出引起變形量超差的主要原因，并進(jìn)行改善，將變形控制在公差范圍內(nèi)。



1. 齒座變形情況
在某批零件又出現(xiàn)變形超差的情況后，我們對同一批次的零件毛坯進(jìn)行了隔離，將毛坯分成兩組，第一組正常進(jìn)行機(jī)加工，并對其分別進(jìn)行了熱前、滲碳空冷、壓淬等各個(gè)階段尺寸變化情況的跟蹤檢驗(yàn)。另一組待查明變形原因后再處理。表1為第一組跟蹤檢驗(yàn)的5個(gè)工件的數(shù)據(jù)：


表1中，超差尺寸已用粗字體標(biāo)出，由表中數(shù)據(jù)可以看出，熱前尺寸比較穩(wěn)定，滲碳空冷后，公法線尺寸變動(dòng)較大、超差嚴(yán)重，壓淬后超差有加劇的趨勢；而內(nèi)花鍵M值滲碳空冷后變動(dòng)較大，壓淬后由于淬火芯軸的支撐、補(bǔ)償作用，有部分尺寸可以得到糾正，但個(gè)別變動(dòng)太大的尺寸連淬火芯軸也無法糾正。

2.齒座淬火變形分析及解決措施

同步器齒座截面薄厚不均勻，淬火冷卻初期，薄壁部位冷卻速度快、熱收縮較大，厚壁部位冷卻速度慢、熱收縮較小，因此產(chǎn)生的熱應(yīng)力大小不一樣，從而導(dǎo)致工件各部位塑性變形也不一樣。通過對齒座外徑的檢驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)Φ200的尺寸在淬火后形成喇叭口狀，因此在通常情況下，我公司采用的滲碳空冷+二次加熱壓淬的熱處理方式通過淬火壓模來補(bǔ)償不同應(yīng)力產(chǎn)生的不同塑性變形，可以使工件的變形控制在規(guī)定范圍內(nèi)。但該批工件在滲碳空冷后就產(chǎn)生很大變形，且壓淬后也無法得到有效控制，說明其變形程度已超出淬火壓模能控制的尺寸范圍。經(jīng)過分析討論，初步懷疑毛坯的等溫正火處理不好，從而組織應(yīng)力過大，在熱處理后與加工應(yīng)力一起釋放導(dǎo)致零件變形不可控制。我公司的齒座毛坯由外協(xié)廠家提供正火處理，金相檢驗(yàn)該批零件的一件毛坯后，在100倍金相顯微鏡下觀察毛坯正火組織見圖2：



從圖2可以看出，同步器齒座正火組織不好，帶狀較為嚴(yán)重，說明此批零件沒有嚴(yán)格執(zhí)行毛坯的等溫正火工藝，也證明我們的初步判斷沒有錯(cuò)。為了進(jìn)一步查找滲碳空冷后變形嚴(yán)重的

其它原因，我們觀察了滲碳空冷的裝夾方式及工裝使用情況。根據(jù)調(diào)查，該齒座滲碳空冷時(shí)使用了工藝規(guī)定的平裝方式并沒有違反工藝要求，但使用的平裝格架有部分變形嚴(yán)重，中間凹下去很多，這可能也是滲碳空冷后工件變形較大的原因之一。

根據(jù)分析的原因，變形問題可以從毛坯等溫正火及滲碳空冷裝夾方式兩方面進(jìn)行改善。首先利用車間***多用爐將第二組隔離的毛坯進(jìn)行了等溫正火處理，處理工藝采用960℃保溫150min，隨爐緩冷至880℃再空冷。處理后金相檢驗(yàn)毛坯，100倍金相顯微鏡下觀察毛坯正火組織見圖3：



從圖3可以看出，重新等溫正火后的金相組織得到很大改善，珠光體和鐵素體分部均勻，也進(jìn)一步驗(yàn)證了毛坯供應(yīng)商沒有嚴(yán)格按照等溫正火工藝對該批同步器齒座毛坯進(jìn)行處理。與此同時(shí)，為了保證滲碳空冷時(shí)避免外力因素對工件變形的干擾，我們更換了一批平裝格架，將一些中凹的格架淘汰，使工件在滲碳時(shí)能平整放置。準(zhǔn)備就緒后，我們將重新等溫正火后的毛坯再次按照第一組的方法進(jìn)行機(jī)加工并對各階段尺寸進(jìn)行跟蹤檢驗(yàn)。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，這一組毛坯所加工的零件在壓淬后二個(gè)關(guān)鍵尺寸全部合格，個(gè)別滲碳空冷后略有超差的尺寸也在壓淬后得到糾正，表2為第二組改善后跟蹤檢驗(yàn)的5個(gè)工件的數(shù)據(jù)：



本次改善后，我公司又對后續(xù)零件進(jìn)行了同樣的處理，壓淬后的齒座成品合格率大大提升，有效的降低了該種同步器齒座的廢損率。

3.總結(jié)

(1) 通過此次改善處理，證明淬火壓模只能在一定范圍內(nèi)保證零件的關(guān)鍵尺寸，如零件變形太大則無法保證；同時(shí)進(jìn)一步證明滲碳鋼毛坯的預(yù)處理即等溫正火的重要性。

(2) 此次改善為公司減少了大量廢損，也讓公司領(lǐng)導(dǎo)在技術(shù)層面對毛坯的等溫正火有了更深的認(rèn)識(shí)，從而有助于提高熱處理在機(jī)加工行業(yè)中的地位。

(3) 通過此項(xiàng)改善還說明壓淬前的滲碳空冷環(huán)節(jié)也很重要，事實(shí)上要保證熱處理工件的變形得到有效控制和有規(guī)律可循，在其從毛坯到成品的各個(gè)環(huán)節(jié)都要把控好才能做到。