本發(fā)明涉及一種滲氮工藝，更具體地說，涉及一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝。

背景技術(shù)：

圖1和圖2是一種應用于工業(yè)機器人腰部減速器內(nèi)的齒輪零件示意圖，工業(yè)機器人腰部減速器是連接基座和身體的部分，主要是起旋轉(zhuǎn)運動作用。該齒輪零件1是工業(yè)機器人腰部減速器內(nèi)的重要部件，工作條件復雜，要求具有優(yōu)良的耐磨性、較高的抗接觸疲勞和抗彎曲疲勞性能。對于該齒輪零件1，目前常規(guī)工藝是采用氣體滲氮處理，而采用常規(guī)工藝存在處理后齒輪齒形變形大、滲層不均勻、處理時間長等缺陷，熱處理后成品率僅45％左右。

輝光離子滲氮工藝具有滲氮速度快、組織易控制、變形小等優(yōu)點，目前已得到迅速發(fā)展，也已經(jīng)被用于齒輪等零件的滲氮處理。然而，由于上述齒輪零件1的熱處理技術(shù)要求較高，現(xiàn)有離子滲氮工藝難以滿足此類零件的滲氮處理要求。因此，研發(fā)一種能夠有效減小工業(yè)機器人精密齒輪變形、同時滿足其熱處理技術(shù)要求的滲氮工藝，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，有效減小了精密齒輪滲氮熱處理后的變形，并滿足了該精密齒輪熱處理技術(shù)要求，一次熱處理合格率達100％。

2.技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，包括以下步驟：

(1)零件制備：對42CrMoH或35CrMo坯料進行調(diào)質(zhì)，使坯料硬度達到31～32.5HRC，然后將坯料機加工為齒輪零件；

(2)前清洗：對裝入料筐內(nèi)的齒輪零件進行清洗，清除齒輪零件表面殘留的污物；

(3)零件裝夾：將一件以上的齒輪零件采用工裝裝夾成齒輪組合件，使工裝夾持住齒輪零件的兩個端平面；

(4)裝爐：將步驟(3)中的齒輪組合件均勻地呈封閉的圓環(huán)狀布置在陰極盤上，并蓋上爐罩；

(5)真空輝光離子滲氮：采用階梯升溫保溫方式逐漸將齒輪零件升溫到滲氮工藝溫度，且自室溫升溫到滲氮工藝溫度的時間控制在3.5～4小時；

(6)隨爐冷卻：滲氮結(jié)束后，齒輪零件在真空狀態(tài)下隨爐冷卻，且在爐內(nèi)溫度小于等于95℃時開爐。

更進一步地，步驟(1)中所述的42CrMoH坯料的化學成分為：C：0.38～0.45％；Mn：0.50～0.80％；Si：0.17～0.37％；S：≤0.030％；P：≤0.030％；Cr：0.9～1.2％；Mo：0.15～0.25％；Ni：≤0.03％；所述的35CrMo坯料的化學成分為：C：0.32～0.40％；Mn：0.40～0.70％；Si：0.17～0.37％；S：≤0.035％；P：≤0.035％；Cr：0.80～1.10％；Mo：0.15～0.25％；Ni：≤0.03％；Cu：≤0.30％。

更進一步地，步驟(2)中所述的料筐為網(wǎng)格狀料筐，將齒輪零件逐個平放在料筐的網(wǎng)片上，零件與零件之間的間隙為10～15mm，多組料筐層疊在一起，且上層料筐與下層料筐之間的層距為30～50mm；步驟(2)中所述的清洗是采用真空碳氫溶劑對齒輪零件進行清洗。

更進一步地，步驟(3)中所述的工裝包括夾板和螺栓，將齒輪零件的兩個端平面用夾板夾持，并用螺栓夾緊。

更進一步地，步驟(3)中將4件齒輪零件依次用夾板夾持，并用螺栓夾緊成齒輪組合件。

更進一步地，在步驟(4)中，陰極盤上呈封閉的圓環(huán)狀布置有兩圈以上的齒輪零件，且齒輪零件之間的間隔為35～40mm。

更進一步地，步驟(5)中的真空輝光離子滲氮工藝參數(shù)為：

(5-1)180±15℃均溫20±1min，電流10～15A，電壓600～650V，爐壓120Pa，氨氣流量250～300ml/min，占空比45％；

(5-2)280±15℃均溫20±1min，電流11～14A，電壓620～660V，爐壓240Pa，氨氣流量550～600ml/min，占空比81％；

(5-3)380±15℃均溫20±1min，電流18～23A，電壓650～680V，爐壓280Pa，氨氣流量680～720ml/min，占空比76％；

(5-4)460±15℃均溫20±1min，電流19～25A，電壓670～690V，爐壓300Pa，氨氣流量800～850ml/min，占空比58％；

(5-5)515±5℃滲氮480±1min，電流13～16A，電壓680～700V，爐壓300Pa，氨氣流量850～900ml/min，占空比55％。

更進一步地，在步驟(6)隨爐冷卻結(jié)束后，還包括依次對齒輪零件進行檢驗、裝箱的步驟。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，其對齒輪零件坯料進行調(diào)質(zhì)，使坯料硬度達到31～32.5HRC，可以有效縮短后續(xù)滲氮時間，提高熱處理效率，獲得良好的綜合機械性能；

(2)本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，在滲氮處理之前，將一件以上的齒輪零件采用工裝裝夾成齒輪組合件，使工裝夾持住齒輪零件的兩個端平面，保證齒輪零件端平面的平行度公差要求，減小滲氮處理變形；

(3)本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，將齒輪組合件均勻地呈封閉的圓環(huán)狀布置在陰極盤上，使齒輪零件加熱均勻，防止因受熱不均而引起零件變形；

(4)本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，其采用階梯升溫保溫方式逐漸將齒輪零件升溫到滲氮工藝溫度，不僅能夠保證齒輪零件具有優(yōu)良的耐磨性、較高的抗接觸疲勞和抗彎曲疲勞性能，而且有利于減小齒輪零件各部位的溫差，消除加工應力的產(chǎn)生，減小因加熱過快而導致的齒輪零件變形；

(5)本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，其自室溫升溫到滲氮工藝溫度的時間控制在3.5～4小時，在保證有效滲氮硬化層深度的情況下，降低了起弧時間，從而保證了齒輪零件齒面的表面粗糙度，一次熱處理即可達到齒輪精度要求；

(6)本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，其滲氮結(jié)束后，齒輪零件在真空狀態(tài)下隨爐冷卻，且在爐內(nèi)溫度小于等于95℃時開爐，防止齒輪零件高溫氧化；

(7)本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，其采用真空碳氫溶劑對齒輪零件進行前清洗，清除工件表面及細小內(nèi)孔殘留的機加工切削油和細微的鐵屑，避免后續(xù)在真空輝光離子滲氮過程中零件打弧而損傷零件表面，使零件表面達到一定的潔凈度，達到滲氮后零件表面硬度均勻無軟點的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的一種應用于工業(yè)機器人腰部減速器內(nèi)的齒輪零件示意圖；

圖2為圖1中A-A方向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中的零件裝夾結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中的裝爐示意圖；

圖5為本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝的流程圖；

圖6為本發(fā)明中的滲氮工藝曲線圖。

示意圖中的標號說明：

1、齒輪零件；2、夾板；3、螺栓；4、齒輪組合件；5、陰極盤。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。

實施例

以某模數(shù)為0.5、齒數(shù)為97的工業(yè)機器人精密齒輪的滲氮處理工藝過程為例，熱處理技術(shù)要求為：表面硬度≥700HV，有效硬化層深度為0.15～0.26mm(界限值400HV，PCD(pitch circle diameter)位置)，齒輪精度JIS1～3級(熱處理前的齒輪精度為1～1.5級)，平面平行度公差為±0.012mm(熱處理前的平面平行度公差為±0.007mm)。為達到上述熱處理要求，如圖5所示，本實施例的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，包括以下步驟：

(1)零件制備：對齒輪坯料進行調(diào)質(zhì)，使坯料硬度達到31～32.5HRC，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，可以獲得良好的綜合機械性能，可以有效縮短后續(xù)滲氮時間，提高熱處理效率；然后將調(diào)質(zhì)后的坯料機加工為齒輪零件；在本實施例中，坯料可以為42CrMoH或35CrMo，42CrMoH坯料的化學成分為：C：0.38～0.45％；Mn：0.50～0.80％；Si：0.17～0.37％；S：≤0.030％；P：≤0.030％；Cr：0.9～1.2％；Mo：0.15～0.25％；Ni：≤0.03％；35CrMo坯料的化學成分為：C：0.32～0.40％；Mn：0.40～0.70％；Si：0.17～0.37％；S：≤0.035％；P：≤0.035％；Cr：0.80～1.10％；Mo：0.15～0.25％；Ni：≤0.03％；Cu：≤0.30％。

(2)前清洗：對裝入料筐內(nèi)的齒輪零件進行清洗，清除齒輪零件表面殘留的污物；具體地，料筐采用網(wǎng)格狀料筐，將齒輪零件逐個平放在料筐的15×15mm網(wǎng)片上，零件與零件之間的間隙為10～15mm，每個料筐內(nèi)放置50件齒輪零件，多組料筐層疊在一起，且上層料筐與下層料筐之間的層距為30～50mm，共裝5層；上述的清洗是采用真空碳氫溶劑對齒輪零件進行清洗，具體可采用中日合資生產(chǎn)的真空碳氫溶劑清洗機進行前清洗，主要是清除工件表面及細小內(nèi)孔殘留的機加工切削油和細微的鐵屑，便于后續(xù)在真空輝光離子滲氮過程中避免零件打弧，損傷零件表面，使零件表面達到一定的潔凈度，達到滲氮后零件表面硬度均勻無軟點的作用，清洗后外觀呈亮白色，并且，采用真空碳氫溶劑清洗，清潔無污染。

(3)零件裝夾：將一件以上的齒輪零件采用工裝裝夾成齒輪組合件，使工裝夾持住齒輪零件的兩個端平面，這樣，可以保證齒輪零件端平面的平行度公差要求，減小滲氮處理變形；具體在本實施例中，如圖3所示，工裝包括夾板2和螺栓3，將齒輪零件1的兩個端平面用夾板2夾持，并用螺栓3夾緊，結(jié)構(gòu)簡單，裝夾方便；本實施例將4件齒輪零件1依次用夾板2夾持，并用螺栓夾緊成齒輪組合件4，一次處理量多。

(4)裝爐：如圖4所示，將步驟(3)中的齒輪組合件4均勻地呈封閉的圓環(huán)狀布置在陰極盤5上，并蓋上爐罩；具體地，陰極盤5上呈封閉的圓環(huán)狀布置有兩圈以上的齒輪零件，且齒輪零件之間的間隔為35～40mm，如有空缺位置必須用類似零件代替，這樣，可以使齒輪零件1加熱均勻，防止因受熱不均而引起零件變形。

(5)真空輝光離子滲氮：由于零件在加熱過程中，不僅熱應力會產(chǎn)生畸變，同時釋放內(nèi)應力也會產(chǎn)生畸變，而加熱速度是影響齒輪零件應力產(chǎn)生的一個重要因素，齒輪各部位的溫差越大則應力也就越大，因此采用階梯升溫保溫方式逐漸將齒輪零件升溫到滲氮工藝溫度，且自室溫升溫到滲氮工藝溫度的時間控制在3.5～4小時，將升溫時間控制在3.5～4小時，在保證有效滲氮硬化層深度的情況下，降低了起弧時間，從而保證了齒輪零件齒面的表面粗糙度，一次熱處理即可達到齒輪精度要求；本實施例中采用LDMC-75FS真空輝光離子滲氮爐，如圖6所示，真空輝光離子滲氮工藝參數(shù)為：

(5-1)180±15℃均溫20±1min，電流10～15A，電壓600～650V，爐壓120Pa，氨氣流量250～300ml/min，占空比45％；

(5-2)280±15℃均溫20±1min，電流11～14A，電壓620～660V，爐壓240Pa，氨氣流量550～600ml/min，占空比81％；

(5-3)380±15℃均溫20±1min，電流18～23A，電壓650～680V，爐壓280Pa，氨氣流量680～720ml/min，占空比76％；

(5-4)460±15℃均溫20±1min，電流19～25A，電壓670～690V，爐壓300Pa，氨氣流量800～850ml/min，占空比58％；

(5-5)515±5℃滲氮480±1min，電流13～16A，電壓680～700V，爐壓300Pa，氨氣流量850～900ml/min，占空比55％。

具體操作過程如下：

一、裝好零件，放入試塊，罩上爐罩，接好冷卻水管和液氨氣管；

二、啟動電源，點擊登錄，輸入密碼“XXXXXX”，然后進入主畫面，然后再進入開關(guān)量控制；

三、通入冷卻水，啟動真空泵1及真空泵2，并緩慢打開真空蝶閥(啟動真空泵前應先檢查蝶閥是否處入關(guān)閉狀態(tài))開始對爐內(nèi)抽真空；

四、將壓力值設(shè)為20Pa；

五、當壓力值顯示為60Pa左右時，啟動高壓、再啟動電阻1(啟動高壓、電阻1前應檢查電壓、占空比給定旋鈕是否處于零位)；

六、調(diào)整“電壓給定”將電壓調(diào)為650V左右；

七、調(diào)整“占空比給定”，直到爐內(nèi)開始打?。?/p>

八、待爐內(nèi)起輝后，關(guān)上真空泵2的蝶閥，停止真空泵2；

九、當爐內(nèi)打弧減弱后慢慢加大占空比，直到70％左右；

十、當爐內(nèi)打弧再次減弱時，將占空比調(diào)為20％，打開氨氣總閥門，將氨氣設(shè)為200，壓力設(shè)為30，開始進行加氣打??；

十一、隨著打弧的再次減弱，慢慢加大壓力，氨氣量，占空比，達到升溫所需的要求；

十二、當爐內(nèi)打弧結(jié)束，輝光穩(wěn)定后，將占空比調(diào)為零，停止電阻1，啟動電阻2，然后再慢慢加大占空比，繼續(xù)升溫；待工件到180±15℃時，按下表執(zhí)行具體工藝：

十三、工藝執(zhí)行完畢后自動停爐，零件在真空狀態(tài)下隨爐冷卻。

(6)隨爐冷卻：滲氮結(jié)束后，齒輪零件在真空狀態(tài)下隨爐冷卻，且在爐內(nèi)溫度小于等于95℃時開爐，防止齒輪零件高溫氧化。

(7)檢驗：隨機選取一組經(jīng)過上述滲氮處理工藝處理后的齒輪組合件進行檢驗，檢驗結(jié)果如下表：

(8)裝箱：將已檢合格的齒輪組合件用電動工具拆卸成單件，浸防銹油后裝箱。

本發(fā)明的一種減小工業(yè)機器人精密齒輪變形的真空輝光離子滲氮工藝，通過采用真空碳氫溶劑前清洗，設(shè)計合理的工裝和裝爐方式，滲氮加熱階梯升溫，控制自室溫升溫到滲氮工藝溫度的時間，齒輪熱處理畸變得到了有效控制，齒輪零件采用優(yōu)化的滲氮工藝熱處理后一次合格率為100％。

以上示意性地對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。