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，在進行壓淬后，大部分時候上述二個尺寸參數(shù)都能得到有效控制，但有時會成批出現(xiàn)不明原因的變形量變大、超差，導致產(chǎn)品報廢。我們對此進行了分析研究，試圖找出引起變形量超差的主要原因，并進行改善，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行了隔離，將毛坯分成兩組，第一組正常進行機加工，并對其分別進行了熱前、滲碳空冷、壓淬等各個階段尺寸變化情況的跟蹤檢驗。另一組待查明變形原因后再處理。表1為第一組跟蹤檢驗的5個工件的數(shù)據(jù)：


表1中，超差尺寸已用粗字體標出，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，公法線尺寸變動較大、超差嚴重，壓淬后超差有加劇的趨勢；而內(nèi)花鍵M值滲碳空冷后變動較大，壓淬后由于淬火芯軸的支撐、補償作用，有部分尺寸可以得到糾正，但個別變動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)生的熱應力大小不一樣，從而導致工件各部位塑性變形也不一樣。通過對齒座外徑的檢驗還發(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償不同應力產(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，從而組織應力過大，在熱處理后與加工應力一起釋放導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，帶狀較為嚴重，說明此批零件沒有嚴格執(zhí)行毛坯的等溫正火工藝，也證明我們的初步判斷沒有錯。為了進一步查找滲碳空冷后變形嚴重的

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行改善。首先利用車間***多用爐將第二組隔離的毛坯進行了等溫正火處理，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，也進一步驗證了毛坯供應商沒有嚴格按照等溫正火工藝對該批同步器齒座毛坯進行處理。與此同時，為了保證滲碳空冷時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，使工件在滲碳時能平整放置。準備就緒后，我們將重新等溫正火后的毛坯再次按照第一組的方法進行機加工并對各階段尺寸進行跟蹤檢驗。根據(jù)檢驗結(jié)果，這一組毛坯所加工的零件在壓淬后二個關(guān)鍵尺寸全部合格，個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的5個工件的數(shù)據(jù)：



本次改善后，我公司又對后續(xù)零件進行了同樣的處理，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；同時進一步證明滲碳鋼毛坯的預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)導在技術(shù)層面對毛坯的等溫正火有了更深的認識，從而有助于提高熱處理在機加工行業(yè)中的地位。

(3) 通過此項改善還說明壓淬前的滲碳空冷環(huán)節(jié)也很重要，事實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環(huán)節(jié)都要把控好才能做到。