Способ закалки зубчатых колес
METHOD OF HARDENING OF GEAR WHEELS

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано при упрочняющей термообработке зубчатых колес, в частности косозубых зубчатых колес.
Известен способ упрочнения рабочей поверхности зубьев в зубчатом колесе, в котором для увеличения долговечности зубьев зубчатых передач при повышении качества и снижении себестоимости в рабочую поверхность зубьев подвергают цементации и закалке ТВЧ с получением переходного слоя путем перекрытия глубины закалки ТВЧ по отношению к глубине цементации для снижения внутренних термических напряжений при переходе от основного металла к упрочненному слою. За счет глубины закалки ТВЧ, которая в 1,5-2,0 раза превышает глубину цементации, получается слой по твердости ниже упрочненного, но выше твердости основного металла. Цементацию проводят на глубину h1, а последующую закалку ТВЧ на глубину h2 с температурой t2, где 0,16 m≤h1≤0,24 m, h1<h2<0,7 m, a Ac3<t2<Ас3 исх., Ас3-температура закалки для цементованного слоя, Ас3 исх. - температура закалки основного металла, t2 - температура нагрева ТВЧ, 0,7 m; 0,16 m; 0,24 m - заданные величины (патент RU №2 436 850 С2, МПК C21D 9/32, С23С 8/22, C21D 1/10, опубл. 20.12.2011).
Недостатком данного способа закалки является возможность перекалки острых краев торцов зубьев, особенно косозубых зубчатых колес, из-за концентрации токов Фуко на их острых краях, что приводит к разрушению краев зубьев.
Известен способ нагрева и закалки зубчатых колес и устройство для его осуществления, при котором осуществляют размещение зубчатого колеса внутри первого нагревателя, размещение второго нагревателя во внутреннем отверстии зубчатого колеса, подачу переменного электрического тока от второго нагревателя для индукционного нагрева зубчатого колеса, которое устанавливают с возможностью вращения, нагреватели содержат постоянные магниты и электромагниты переменного и постоянного тока, осуществляют подачу переменного электрического тока от третьего и четвертого нагревателей, размещенных вблизи боковых поверхностей зубчатого колеса, увеличивая частоту вращения колеса до заданного значения, при этом частоту переменного тока от первого нагревателя определяют по определенным формулам. Изобретение обеспечивает получение и выделение дополнительной тепловой энергии с разными частотами тока, что повышает равномерность нагрева (патент RU №2 534 047 С1, МПК Н05В 6/10, C21D 1/10, опубл. 27.11.2014).
Недостатком данного способа закалки является возможность перекалки острых краев торцов зубьев, особенно косозубых зубчатых колес, из-за концентрации токов Фуко на их острых краях, что приводит к разрушению краев зубьев.
Известен способ индукционной закалки зубчатого колеса, принятый за прототип, который включает последовательный нагрев индуктором локального нагрева зубьев вращающегося зубчатого колеса до заданной температуры и их охлаждение жидкостью, при этом используют индуктор с магнитопроводом, ширину рабочей части индуктора выполняют не менее шага зацепления зубчатого колеса по его делительной окружности, а ее длину выполняют равной 1,2-1,5 длины зуба зубчатого колеса. Рабочую часть индуктора размещают ее серединой на расстоянии 0,3-0,5 мм от поверхности вершины зуба, а продольную ось рабочей части индуктора размещают под углом 15-30° относительно направления зуба (патент RU №2 575 262 С1, МПК C21D 9/32, C21D 1/42, опубл. 20.02.2016).
Недостатком данного способа закалки является возможность перекалки острых краев торцов зубьев, особенно косозубых зубчатых колес, из-за концентрации токов Фуко на их острых краях, что приводит к разрушению краев зубьев.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание способа закалки зубчатых колес, при котором отсутствует возможность перекалки острых краев торцов зубьев, особенно косозубых зубчатых колес, из-за концентрации токов Фуко на их краях, при этом достигается одинаковая твердость всей поверхности зуба косозубого зубчатого колеса.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе закалки зубчатых колес, заключающемся в том, что на зубчатое колесо воздействуют токами высокой частоты для поверхностной закалки зубьев, зубчатое колесо устанавливают и закрепляют в устройство вращения, с каждого торца зубчатого колеса беззазорно с зубчатым колесом устанавливают и закрепляют металлические макеты, повторяющие форму зубчатого колеса, выполненные шириной а, составляющей не менее 0,1 длины зуба зубчатого колеса каждый, причем над зубчатым колесом с металлическими макетами устанавливают индуктор, длина рабочей части которого выполнена равной 1,2-1,5 длины зуба зубчатого колеса, которым воздействуют на зубья зубчатого колеса и металлических макетов токами высокой частоты, при этом токи Фуко, превышающие допустимые значения токов закалки, наводятся на острых краях торцов зубьев металлических макетов, после окончания процесса закалки металлические макеты отсоединяют от устройства вращения и зубчатого колеса и используются для дальнейшей закалки с новыми зубчатыми колесами, при этом острые края торцов зубьев зубчатого колеса будут иметь такую же твердость, как и вся поверхность зуба.
На фиг. 1 изображена схема установки косозубого зубчатого колеса и металлических макетов;
На фиг. 2 изображена схема установки индуктора для поверхностной закалки зубьев колеса и металлических макетов.
Способ закалки зубчатых колес, заключающийся в том, что на зубчатое колесо 1 воздействуют токами высокой частоты для поверхностной закалки зубьев 2. Зубчатое колесо 1 устанавливают и закрепляют в устройство вращения 3, с каждого торца 4 зубчатого колеса 1 беззазорно с зубчатым колесом 1 устанавливают и закрепляют металлические макеты 5, повторяющие форму зубчатого колеса 1, выполненное шириной а, составляющей не менее 0,1 длины зуба 2 зубчатого колеса 1 каждый, причем над зубчатым колесом 1 с металлическими макетами 5 устанавливают индуктор 6, длина рабочей части 7 которого выполнена равной 1,2-1,5 длины зуба 2 зубчатого колеса 1, которым воздействуют на зубья 2 зубчатого колеса 1 и металлических макетов 5 токами высокой частоты,
Реализацию способа рассмотрим на примере косозубого зубчатого колеса.
Косозубое зубчатое колесо 1, подлежащее закалке, устанавливают в устройство вращения 3 и соответствующим образом закрепляют в нем. С каждого торца 4 косозубого зубчатого колеса 1 беззазорно устанавливают металлические макеты 5 косозубого зубчатого колеса шириной а, составляющей не менее 0,1 длины зуба 2 косозубого зубчатого колеса 1 каждый. Над косозубым зубчатым колесом 1 с металлическими макетами 5 устанавливают индуктор 6, длина рабочей части 7 которого выполнена равной 1,2-1,5 длины зуба 2 косозубого зубчатого колеса 1. В процессе закалки в косозубом зубчатом колесе 1 и металлических макетах 5 наводятся токи Фуко, которые превышают допустимые значения закалки на острых краях 8 торцов 9 зубьев 2 металлических макетов 5. После окончания процесса закалки металлические макеты 5 отсоединяются от устройства вращения 3 и косозубого зубчатого колеса 1 и используются для дальнейшей закалки с новыми косозубыми зубчатыми колесами. При этом острые края 10 торцов 4 зубьев 2 косозубого зубчатого колеса 1 будут иметь такую же твердость, как и вся поверхность зуба 1.
Использование изобретения позволяет создать способ закалки зубчатых колес, при котором отсутствует возможность перекалки острых краев торцов зубьев, особенно косозубых зубчатых колес, из-за концентрации токов Фуко на их краях, при этом достигается одинаковая твердость всей поверхности зуба косозубого зубчатого колеса.