精密零部件齿轮部件可根据其功能分为运动传动齿轮和动力传动齿轮。动力传动齿轮通常粘接以获得高硬度和高耐磨性表面，而芯仍然保持可塑性和良好的韧性，使得部件能够承受一定的冲击载荷。与氮化相比，渗碳硬化的优点是层的深度更大，允许保留更大的公差以完成齿形。它已广泛应用于齿轮，轴销和传动系统的其他部件。

我厂生产的输出精密零部件齿轮属于典型的外齿+内花键短轴型零件，材质等级S82（低碳合金结构钢），渐开线外齿直径18，齿数39，压力角为25°，精度等级为相当于规定中的7级。内渐开线花键有16个齿，直径为20/40，压力角为30°，ANSI标准圆角根侧配有7个精度等级。

该部分要求齿轮齿顶，齿面，齿根和齿面硬化至700 HV（HRC≥62）以上，其余表面不进行渗碳处理。在初步设计工艺方案时，非渗碳表面和淬火回火后的芯部硬度达到HRC 42-47，并且我们工厂的粉末冶金工具可以处理零件的结果硬度不超过HRC42。因此，传统的“铜 - 渗碳去铜”工艺用于整理工艺。齿坯完成后，插入内花键。在镀铜之后，去除顶部和齿侧面上的铜层。磨齿余量是保留的，

在处理首先一批产品后，在取样测试期间发现合格率低于30％。热处理前牙科切割过程的测量报告结果均合格。分析导致超出容忍度的原因是：

a）在热处理之后，进行中心孔和外部研磨的两个步骤，并测量参考变化。

b）在加工和热处理过程中产生的各种内应力高于材料的屈服强度，应力释放导致零件不可逆的塑性变形。

有几种方法可以解决上述两种效应：

1）合理分配冷加工尺寸公差，适当提高内花键加工精度，并补偿热处理变形，具有丰富的尺寸和形状精度。

2）使用循环保温和冰冷处理等再加压装置尽可能地消除加工过程中产生的残余应力。

3）严格控制热处理过程中的加热速率，采用较低的渗碳和淬火加热温度，以减少热处理过程中产生的热应力; 在不影响渗碳质量的情况下，齿轮的表面碳浓度和渗碳层深度控制在下限范围内。

4）使用特殊夹具增加齿轮的刚性，以减少热处理变形的程度。

在此基础上，我们设计了第二套方案，经过热处理，精加工工艺基准和测量标准，并将拼接关键工艺调整为热处理：

齿的工艺改进研究表面渗碳零件，当第二批产品加工到花键键合工艺时，操作员提出了花键插刀异常切削的问题 - 第一批插入刀具能够在试生产过程中连续加工15个零件，前面当批次中仅处理4件时出现刀具。面部磨损和切削。

我们验证了工具设计的基础材料和涂层材料是正确的。据推测，齿轮刀片的碎裂的主要原因是内孔的表面泄漏碳，并且局部存在高硬组织。

分析原因有两个原因：

a）零件尺寸小。在镀铜过程中铜离子难以扩散到内孔的底部，并且在孔底部的表面上没有铜层。

b）内孔的铜层不均匀或铜层在加工过程中剥落。

从那时起，我们尝试了保护措施，如内孔上的保护涂层。然而，由于涂层的高流动性和操作的困难，改善效果不令人满意。

近年来，我厂通过改进加工，加深了对接和分包模式。我们对硬质合金刀具有了更系统和全面的了解。在刀具供应商技术不断升级的过程中，我厂可插件的硬度极限逐渐提高到HRC52~55。范围。通过结合输出齿轮试验阶段的现场实际记录，我们在新的改进中创新了保证金保护的使用，而不是传统的镀铜保护。程序流程如下图所示：

新方案的改进思路是在热处理前在非渗碳表面上保留加工余量。在整个部件被渗碳后，硬车移除了边缘。在HRC42~47（热处理后的芯部硬度）状态下，保证了样条精度。虽然该方案增加了制造难度，但使用可靠的工具可以确保内部花键的质量，消除铜电镀和铜去除过程，并且生产过程更加简化，这极大地优化了工艺基准的均匀性。经过热处理。

为了防止在完成汽车之后由切削应力的释放引起的部件的二次变形，保护余量的厚度应该尽可能小。因此，有必要掌握部件表面硬度的变化规律。我们在试验阶段收集了一些超出公差的部件，并沿着精密零部件齿轮的径向部分制作了一个测试件进行测试。

从测试中可以看出，渗碳处理仅改变表面层金属的碳含量。在淬火和低温回火处理之后，在渗碳层和部分基质结构（紧密排列的回火马）氏族组织之间存在硬度过渡层。考虑到当前花键样条的极高硬度和工具的经济成本。我们使用显微硬度方法测量从表面到HV = 463（HRC47）的垂直距离，以分析硬化层的更大深度。

本厂采用甲苯作为渗碳介质进行气体渗碳，以甲醇为稀释剂，渗碳介质在渗碳温度下分解，发生以下反应：

在检测过程中，我们发现硬化层的深度在牙齿形状方向上呈现规则变化 - 牙根部分的硬化深度最小，牙齿顶部附近的硬化层最厚，并且在分度圆附近的齿的硬化层位于两者之间。。通过分析可以得出结论，在齿轮渗碳表面的奥氏体结构吸收活性碳原子后，碳浓度增加，部件表面与芯材之间碳浓度的差异迫使碳原子在内部扩散，但由于精密零部件齿轮表面的轮廓特殊性，活性碳原子在不同部位的扩散速度不同，原因是与齿轮每个表面接触的活性碳原子数不同 - 表面接触量在齿尖附近最大，精密零部件齿面接触次之，齿根表面类似于凹面。腔的底部，因此活性碳原子的接触量最少。

在渗碳过程中，保护余量应均匀连续地覆盖所有非渗碳表面，因此在确定边缘厚度时，选择从中收集的数据指数圆附近的牙齿表面。公式为：

剩余厚度≥齿面碳化层深度+硬度过渡层最大深度。

从加工过程中可以看出，从齿面到HV = 463的垂直距离集中在1.3±0.1 mm的范围内，在实际使用中，轴向和径向边缘处理为1.5mm。

钢渗碳淬火后，抗拉强度增加到2270Mpa以上。与软态车削相比，硬车系统的切削力增加了约2倍。提高系统刚性是我们面临的第一个问题。

输出精密零部件齿轮结构属于常规旋转体。转出外圈和端面保护余量的效率最高。然而，由于内孔尺寸的限制，Φ12或更大尺寸的镗孔工具不适合于该部件，因此优选地去除部件的内孔容差。钻孔以避免由于镗杆刚度不足引起的震动。

刀片接触零件时的瞬时冲击是影响刀具寿命的主要因素。考虑到精密零部件的表面硬度达到HRC62或更高，可以使用重型低速切削来减少冲击对刀具和机床的影响。应在刀具中控制刀具伸长率。在杆的长度的0.5倍以内，并最小化悬伸以增加刚度。该部件的短而厚的结构和小的纵横比非常适合于外定心和端面定位的夹紧方法。为了最大限度地减少零件夹紧时的悬伸，我们设计了图中所示的车削顺序：

从表面层到芯层的材料是高碳，中碳，低碳回火马氏体结构。车削刀片需要高边缘耐磨性和大切削深度，以应对可变载荷连续切削。此外，为了在不同组织材料之间切换时减小刀片的振动并减小对部件表面质量的影响，应该使用具有抗振设计的外圆棒。

通过查看产品目录，我们最初开发了两套车削解决方案。表面余量分为3个车削 - 粗加工机去除了表面上的大部分硬化层，切削深度为1到1.2毫米，半成品车将表面余量均匀分布到0.1。嗯，精车严格控制表面粗糙度并保证零件的尺寸精度，最大化系统刚性意味着最大限度地减少零件和工具的悬垂，并安排零件热处理后的硬车具有小的纵横比（L / D）。

在转弯过程中仍然使用水基切削液。为了使切削液能够快速到达切削刃切削区域，我们增加了冷却液循环系统的压力值。高压切削液还可以有效地减少切削积累，提高零件的表面质量。。

这部分硬车更倾向于稳定夹紧，刀片夹紧方法。我们的生产现场常用三种刀片夹紧方法。C型夹紧系统的特性更符合该部件的切削条件。

经过两批过程对比验证，A型单刀片可加工5-6件，单件刀片加工上限13件; B计划单刀片可加工7件，单件刀片加工上限15件，然后选择B计划。

去除保护边后，露出的基材已转变为均匀回火马氏体组织，达到精密零部件的核心硬度HRC42-47，不难加工，通用刀片完全满足切削条件。

实践证明，去除硬车保护边缘的方案是可行的，刀具寿命是理想的，成品零件的表面粗糙度，尺寸精度和位置公差符合要求。

过去，我厂采用粉末冶金作为小齿轮刀具的基础材料。可通过此类工具加工的零件的硬度不超过HRC42。为了满足该部件后续批量生产的需要，该工艺改进定制了DATHAN公司生产的硬质合金插刀，涂层材料为TiAlN。

与粉末冶金工具相比，硬质合金刀具具有更好的耐磨性，但抗弯强度和冲击韧性较差。因此，切削部分采用较大的径向负前角，以提高齿轮成形刀具的抗冲击性。抗裂能力强。

精密零部件硬齿面切削参数刀具已加工52件，刀具状况良好。根据目前的刀具磨损率，预计磨削周期可达80多个。

经过渗碳淬火和回火后，冰冷处理相当于零件的二次正火，可以进一步减少淬火过程中的过饱和马氏体，减少晶格畸变，减少结构应力，减少热处理变形。

在部件表面渗碳后，5μm深度表面的过共析层含有致密碳化物，淬火回火后形成非常薄的硬壳层。车刀的尖部在接触表面层时最容易受到损坏。因此，在去除保护边缘时，硬车应尽可能保持连续，并且要加工的表面应避免诸如减压孔和角度定位孔之类的结构。

硬孔需要大的切削力，并且镗杆的扭转力和切向力成倍增加。刀具应与零件同心或略高于零件中心，避免切削力造成的变形影响零件的尺寸精度。

在实际应用中，为了进一步延长钻头的使用寿命，我们将保护涂层注入零件的盲孔中。在短时间干燥后，涂层将渗入内孔表面并产生一定的粘附力。热处理后，可以完全除去砂子。在相同的转动条件下，钻头磨刀周期可以增加1.5到1.8倍。

在这一改进之后，我们将精密零部件齿轮部件与这种渗碳要求进行了比较，并总结了适用的保证金保护方法的必要条件 - 部件渗碳区和非渗碳区应具有合理的边界结构。例如，齿轮的两端设计有端面凹槽，用于减轻重量。

结论，改进方案已经过4批52个部分的验证。消除重型低速硬车的保护余量是可行的。切削刀具具有良好的切削条件，零件中的花键100％合格。工艺流程缩短到先前改进计划的2/3，并且消除镀铜和铜去除工艺进一步降低了制造成本。该程序对于具有类似于齿面的渗碳要求的零件具有参考值。

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