[发明专利]一种用于磨损失效渗碳齿轮修复的等材再制造方法

说明书

本发明提供了一种用于磨损失效渗碳齿轮修复的等材再制造方法，属于等材再制造技术领域。本发明利用齿轮的设计裕度，对其轮毂进行加热并在轴向上挤压，使其沿径向产生塑性流动充型恢复尺寸。而后对其轮齿进行加工及热处理，从而获得与原齿轮性能相同的等材再制造齿轮。本发明的等材再制造法不受齿轮材料的限制，只需对齿轮进行加热冲压，通过塑性变形和再加工来达到恢复齿轮工作尺寸和性能的目的。这种等材再制造的方法不仅能够解决渗碳齿轮难以修复的难题，而且能够节约大量资源能源、降低制造成本，对于我国构建循环经济，实现可持续发展具有重要的意义。

技术领域

本发明属于等材再制造技术领域，具体涉及一种用于磨损失效渗碳齿轮修复的等材再制造方法。

背景技术

渗碳齿轮再制造一直是世界性的难题，传统常规的修复方法都存在一定的缺陷，如调整换位法只能适用于单向运动齿轮，镶齿法和热喷涂法只能用于受载不大的齿轮，刷镀法仅适合于微量磨损失效齿轮，堆焊法存在热影响区大，容易产生应力集中的问题。

热冲压等材再制造法只需对零部件进行加热挤压，通过塑性变形达到恢复零部件工作尺寸，实现失效渗碳齿轮的再制造修复，其原理是：通过设计合适的模具，限制齿轮在轴向的自由度，保留其在径向的自由度，对轮毂和轮齿部分进行加热冲压，使其沿径向产生塑性流动变形充型，从而使整个轮齿外形略大于新齿轮的外形尺寸，如图1所示。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过优化热处理工艺，获得一种用于磨损失效渗碳齿轮修复的等材再制造方法，特别是针对重型机械设备的重载齿轮磨损修复，具有良好的修复效果。

本发明的技术方案是：待修复齿轮脱碳→热冲压充型→粗加工→渗碳→半精加工→热处理→精加工。

具体地，本发明提供一种用于磨损失效渗碳齿轮修复的等材再制造方法，包括以下步骤：

(1)将磨损失效的渗碳齿轮脱碳；

(2)脱碳后的渗碳齿轮热冲压充型；

(3)机械粗加工后进行渗碳热处理；

(4)热处理，精加工。

具体地，本发明的用于磨损失效渗碳齿轮修复的等材再制造方法中，步骤(1)所述脱碳是在770℃-800℃，存在大量脱碳气氛条件下脱碳50-70min，所述脱碳气氛包括氧气、二氧化碳、水蒸气。

优选地，脱碳是在780℃，存在大量脱碳气氛条件下脱碳60min。

本发明中，脱碳的目的是为了增加待修复材料的塑韧性，降低硬度，以利于进行冲压充型，确保在齿轮冲压后冷却过程中减少裂纹的萌生。

本发明的方法中，步骤(2)的热冲压充型是在冲压模具中进行，所述冲压模具的材料为耐压强度高、刚度高的热稳定性材料；

所述冲压模具的规格根据待修复齿轮的齿数、模数、压力角和变位大小，确定齿轮径向变化量与齿轮面法向量之间的关系，以及齿轮磨损失效情况制备得到。冲压模具单边预留挤压变形量为1.8-2.3mm。在本发明的一个实施例中，冲压模具单边预留挤压变形量为2mm。

本发明的实施例中，所述冲压模具的材料为5CrNiMo钢。该钢制得的模具在加热过程中，不随着齿轮的受热膨胀而产生热变形；具有足够的耐压强度和刚度，保证模具受到齿轮塑性流动充型挤压时不变形，将轮齿向径向方向挤压，补充被磨损的材料。

本发明提供的等材再制造方法中，步骤(2)热冲压是指选用压力机在齿轮锻压温度下对齿轮沿轴向进行挤压，使其在径向方向向外扩张充满模具。

本发明的方法中，步骤(3)是将机械加工后的齿轮装入渗碳炉升温至900-950℃，在炉内碳势为1.00％-1.30％的条件下保温15-18h，降低碳势到0.80％-0.95％保温2-3h，空冷。