齿轮我们都知道，轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件，是机械机构传动中最重要的元件之一，它的应用领域较为广泛，航空航天、船舶、汽车、机床、机械轻工业、冶金机械、精密仪器仪表，孩子玩的玩具也有有齿轮这一零部件。随着机械传动装置设计对齿轮在硬度、强度、耐磨性使用寿命和传动噪声等方面不断提高要求，以往传统的软齿面齿轮已无法满足当今市场需求，硬齿面齿轮应运而生。
硬齿面齿轮是指硬度在HRC40以上的齿轮，通常都需要热处理进行淬火或者渗碳淬火，在热处理之后，由于热处理会使工件产生变形，其热前加工的精度会普遍降低1-2级，所以热后需要进行精加工。这样较高精度的硬齿面齿轮较普遍的加工方式为先进行滚齿，然后进行渗碳淬火，最后再进行齿面磨削，这样的工艺可以使整个齿面得到相同的组织以及渗碳层深度，齿面最终硬度可以达到HRC58-HRC62，并且获得很高的齿面几何精度及表面光洁度。这也是现在行业内的主导工艺，其核心工序为滚齿和磨齿。为此硬齿面齿轮的热处理工艺及其机械加工工艺的合理设计十分必要，汽车齿轮材质多采用20CrMnTi，下面我们来分析一下硬齿面齿轮的热处理及精加工工艺和相关问题。
硬齿面齿轮的热处理工艺
图1.20CrMnTi合金钢齿轮制造热处理工艺图2.齿轮工件模型图20CrMnTi是中淬透性低碳合金钢常用于汽车变速箱齿轮等，汽车变速箱齿轮的高要求：较大承载能力、耐磨性好、使用寿命长等，传统的20CrMnTi低碳合金钢制造齿轮的热处理工艺见上图1所示，齿轮通过表面渗碳淬火处理后轮齿表面硬度可达到58~62HRC，齿轮中心部硬度为30~45HRC。齿轮轮齿表面组织应为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物，齿轮中心部位组织应为铁素体+细珠光体+低破回火马氏体。
在上图所示的热处理工艺过程中，影响20CrMnTi钢齿轮热后变形的因素有温度、冷却速度、时间和渗碳碳势等。结合图1展开分析，热处理工序分别为正火、渗碳、淬火、低温回火等。齿轮工件从毛坯下料后进行锻造，为了节省能源和缩短生产周期，工件在锻造过程中采用锻造余热进行正火,正火的目的可以改善钢的切削加工性能，提高其机械性能，并能消除锻造等热加工缺陷等。正火工艺是20CMnTi低碳合金钢齿轮制造必不可少的重要热外理环节，在实际生产中的通过锻造余热直接进行正火易造成时间不足，从而影响正火质量。试验表明，由于正火工艺不当，消除或减轻带状组织的效果不明显，从而影响齿轮内孔涨大变形量及规律性。为此在齿轮工件正火后安排齿形机加工过程中，应先对工件内孔及其端面进行粗精加工，从而矫正正火工艺导致工件内孔的变形，并为工件在滚(插)齿机床上以精基准内孔定位进行正确的齿形加工，内孔键槽待内孔加工后在拉床(批量生产时)或插床上完成，如图2所示齿轮工件模型。
回火通常作为淬火的后续工序，其目的可降低淬火后的材料脆性、促使组织结构稳定、减小或消除内应力和改善机械性能等。渗碳淬火后，采用低温回火(~℃),使组织为回火马氏体,硬度保持在58~62HRC回火中有马氏体析出转变成回火马氏体、有部分残奥的转变，会有渗层体积的变化。
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