為了提高變速箱用齒輪切削加工性以及穩定最終熱處理變形，我廠于2010年購買了一臺連續推桿式等溫正火生產線，作為齒輪毛坯預處理的加工設備。經過一年的調試和生產運行，我們認為，推桿式等溫正火生產線的難點在于如何保證等溫正火速冷階段齒輪毛坯溫度的均勻性，因為只有溫度均勻了，硬度和組織才會均勻，本文就可能影響齒輪毛坯冷卻均勻的因素進行探討，不足之處請讀者批評指正。
1.裝爐方式
裝爐方式的不正確是影響齒輪毛坯溫度均勻性的主要原因。裝爐方式不正確，極易造成料筐外部毛坯較內部毛坯冷卻快，從而造成內外部齒輪毛坯的硬度和組織差異大。裝爐方式關鍵是要保證齒輪毛坯之間通風順暢，建議根據設備的風向進行擺放，毛坯之間盡量留有間隙，避免出現風向受阻而改變方向的情況。
比如設備采用上下周期性風冷，就不宜采用圖1的平放方式，因為此時最外層的齒輪毛坯接觸到的風量大，風速快，形成的內外溫差就很大，在這種情況下只能單層擺放，但生產效率將會大受影響。
而圖2與圖3兩種裝爐方式對比發現，延料筐寬度方向擺放（即圖3）形成的有效散熱區多，齒輪毛坯單排裝料量少，較有利于齒輪毛坯通風散熱，此時毛坯內外溫差最小（40℃左右），金相組織合格，且不降低生產效率。
又比如雙聯齒輪，反而建議采用圖4所示的平放。因為雙聯齒輪各部位尺寸差異大，應讓兩個齒輪面沿風向擺放，避免中間連接部位因為迅速受冷而形成粒狀貝氏體組織。
2.冷卻速度和風量大小
對于等溫正火來說，冷卻速度既不能太快，也不能太慢。冷卻過快，造成工件內外溫差大，表面可能低于貝氏體臨界轉變溫度，形成粒狀貝氏體組織，冷卻過慢則導致形成較粗的珠光體組織。目前的等溫正火設備絕大多數采用強冷+緩冷的風冷模式，同時具有風量選擇，通過強冷使齒輪毛坯迅速冷卻至700℃左右，然后再通過緩冷使齒輪毛坯之間或同一齒輪毛坯不同部位間均勻降至等溫溫度。對于齒輪毛坯來說，要綜合考慮其外徑、內徑以及厚度，合理分配強冷、緩冷時間以及風量大小（見表1）。
表1 某Φ140mm齒坯不同厚度速冷參數
齒坯厚度 | ≤20mm | 20～40mm | 40～60mm | |||
工 藝 參 數 | 速冷/s | 緩冷/s | 速冷/s | 緩冷/s | 速冷/s | 緩冷/s |
150～210 | 120～180 | 180～270 | 180～240 | 210～330 | 180～240 | |
3.環境溫度
等溫正火設備冷卻方式主要有兩種，一種是通過設備自身的加熱器或等溫爐加熱形成的熱風進行循環冷卻，另一種是抽風機從環境中抽取空氣直接冷卻。由于后者易受環境溫度的影響，風溫隨著天氣發生變化，技術人員應根據季節變化，合理的調節冷卻時間和風量。比如夏天環境溫度高，單位時間帶走的熱量少，就要適當的延長冷卻時間或者增大風量。某齒輪毛坯不同環境溫度速冷參數見表2。
表2 某齒輪毛坯不同環境溫度速冷參數
室溫＞30℃ | 室溫=10~30℃ | 室溫＜10℃ | |||
速冷/s | 緩冷/s | 速冷/s | 緩冷/s | 速冷/s | 緩冷/s |
240 | 210 | 210 | 180 | 180 | 180 |
4.加熱溫度
加熱溫度的影響實際上也是冷卻速度的影響，降低加熱溫度，相當于縮小了冷卻階段的溫差，在相同冷卻速度下，更有利于保證齒輪毛坯溫度的均勻性。但是加熱溫度的選擇需要考慮多方面因素，比如我廠的等溫正火加熱溫度通常要高于滲碳溫度，即滲碳溫度是930℃，加熱溫度采用940~960℃，選用這個溫度的一個原因就是通過正火金相組織檢驗，尤其是晶粒度的檢驗，判定該批材料在該溫度下的晶粒長大傾向，從而保證滲碳過程的穩定性，是一種有效的過程監控。因此，建議各個廠家最好是根據自己材料實際情況選擇加熱溫度。
5.結語
經過一年的調試和生產運行，已經初步掌握了推桿等溫正火線均勻冷卻的影響因素，并積累了一些保證齒輪毛坯均勻冷卻的經驗。但是由于受到設備、工裝和材料等影響，仍有許多難題沒有解決，我們將繼續努力，進一步探索和研究等溫正火冷卻規律，力求將影響控制在最小范圍內。
