热处理是齿轮加工的重要工序之一,其中渗碳淬火是热处理提高齿轮表面硬度、强度以及耐磨性的关键环节。热处理在提高齿轮机械性能的同时也带来了齿轮的变形问题,变速箱中常用的渐开线内花键齿轮渗碳淬火后的变形大小直接影响齿轮的传动精度,使齿轮在传动中产生噪音和异响,降低齿轮的使用寿命。本文基于扩散动力学、热传学以及热弹塑性等相关理论,对某待投产的渐开线内花键齿轮的渗碳淬火过程进行研究,预测并分析其渗碳层碳浓度、温度场、应力场等的分布规律和变形特点,提出控制齿轮渗碳淬火变形的合理工艺方案。具体工作如下:(1)论述了热处理技术及其发展现状,基于热处理的有限元分析技术建立了渐开线内花键齿轮的数值模型,包括各种参数的选定,相变潜热的处理,网格的划分,初始条件的设定等,并对数值计算精度进行了验证。(2)研究了某型号渐开线内花键齿轮渗碳后渗碳层的碳浓度分布规律。还对整个渗碳淬火工艺过程中的温度场、组织场、应力场的分布进行了分析,研究齿轮各部位在热处理过程中的温度变化以及渗碳淬火后的组织场和应力场分布规律,观察了齿轮在热应力和组织应力的共同作用下产生的塑性变形特点,测定其原渗碳淬火工艺的齿轮变形量:平面翘曲0.036mm;内花键孔锥度0.056mm;齿顶圆上、中、下三个位置的胀大量分别为0.100mm、0.093mm、0.097mm。(3)分别研究渗碳层厚度、渗碳温度、淬火温度、淬火介质温度等因素对齿轮渗碳淬火变形的影响规律,提出控制热处理变形的方案。研究结果表明在保证齿轮机械性能的情况下,降低渗碳层厚度、渗碳温度和淬火温度,均可减小齿轮的变形。此外,在KR468C淬火油70℃~120℃的适用温度范围内,提高油温,同样对齿轮渗碳淬火变形起到一定控制作用,但其效果相对不明显。在原设计的热处理工艺流程基础上,确定渐开线内花键齿轮的热处理工艺参数组合为:渗碳层厚度0.8mm;渗碳温度880℃;淬火温度820℃;淬火介质温度100℃。