典型零件选材及工艺分析.pdf
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1、典型零件选材及工艺分析 典型零件选材及工艺分析 一,齿轮类 一,齿轮类 机床、汽车、拖拉机中,速度的调节和功率的传递主要靠齿轮机床、汽车和拖拉机中 是一种十分重要、使用量很大的零件。 齿轮工作时的一般受力情况如下: (1) 齿部承受很大的交变弯曲应力; (2) 换当、启动或啮合不均匀时承受击力; (3) 齿面相互滚动、滑动、并承受接触压应力。 所以,齿轮的损坏形式主要是齿的折断和齿面的剥落及过度磨损。据此,要求齿材 料具有以下主要性能: (1) 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度; (2) 齿面有高的硬度和耐磨性; (3) 齿轮心部有足够高的强度和韧性。 此外,还要求有较好的热处理工艺性,如变形小
2、,并要求变形有一定的规律等。 下面以机床和汽车、拖拉机两类齿轮为例进行分析。 (一)机床齿轮 (一)机床齿轮 机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。一般机床中的齿轮 精度大部分是 7 级精度(GB179-83 规定,精度分 12 级,用 1、2、3、12 表示,数字愈大者, 精度愈低)。只是在他度传动机构中要求较高的精度。 机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于运转平稳、负荷不 大、条件较好的一类。实践证明,一般机床齿轮选用中碳钢制造,并经高频感应热处理, 所得到的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求,而县市 频淬火具有变形小、生产率高 等优点。 下面以
3、C616 机床中齿轮为例加以分析。 1、高频淬火齿轮的工工艺线 下料 锻造 正火 粗加工 调质 精加工 高频淬火及回火 精磨 2、热处理工序的作用 正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序,它可以使同批 坯料具有相同的硬度,便于切削加工,并使组织均匀,消除锻造应力。 对于一般齿轮, 正火处理也可作为高频淬火前的最后热处理工序。 调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能,提高齿轮心部的强度和韧性,使齿 轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。调质后的齿轮由于组织为回火索氏体,在淬火时变 形更小。 高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序,通过高频淬火提高了齿轮表 推孔(花键孔或圆孔) 面硬度和耐磨
4、性,并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。为了消除淬 火应力,高频淬火后应进行低温回火(或自行回火) ,这对防止研磨裂纹的产生和提高抗 冲击能力极为有利。 3、齿轮高频淬火后的变形情况 齿轮高频淬火后,其变形一般表现为内孔缩小,外径不 变或减小。齿轮外径与内径之比小于 1.5 时,内径略胀大;当齿轮有键槽时,内径向键 槽方向胀大,形成椭圆形,齿间椭圆形,齿间亦稍有变形,齿形变化较小,一般表现为 中间凹 0.0020.0005 。这些微小的变形对生产影响不大,因为一般机床用的 7 级精度 齿轮,淬火回火后,均要经过滚光和推孔才成为成品。 高频淬火齿轮通常用含碳量为 0.400.50%
5、的碳钢或低合金钢 (40、 45、 40Cr、 45Mn2、 405MnB 等)制造。批量生产时,一般要求精选含碳量以保证质量。45 钢限制在 0.420.47%C,40Cr 钢限制在 0.370.42%C。经高频淬火交低温回火后,淬硬层应为中碳 回火马氏体,而心部则为毛坯热处理(正火或调质)后的组织。 (二)汽车、拖拉机齿轮 (二)汽车、拖拉机齿轮 汽车、拖拉机齿轮主要分装在变速箱和差速器中,在变速箱中,通过它来改变发动 机、典轴和主轴齿轮的速比;在差速器中,通过齿轮来增加扭转力钜并调节左右两车轮 的转速,通过齿轮将发动机的动力传到主动轮,驱汽车、拖拉机运行。汽车、拖拉机齿 轮的工作条件比机
6、床齿轮要繁重得多,困此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性 等方面的要求均比机床齿轮为高。实践证明,汽车、拖拉机齿轮选用渗碳钢制造并经渗 碳热处理后使用是较为合合适。 下面以 JN-150 型载重汽车(载重量为 8000 )变速箱中第二轴的二、三档齿轮(如 图 9-26 所示)为例进行分析。 D D 1、选用钢;汽车、拖拉机齿轮的生产特点是批量大、产量高,因此在选择用钢时, 在满足机械性能的前提下,对工艺 性必须给以足够的重视。 20CrMnTi 钢具有较高的机械 性能,见第六章表 6-4 所示。该钢 在渗碳淬火低温回火后,表面硬度 为HRC5862 , 心 部 硬 度 为 HRC3045。
7、 20CrMnTi 的工艺性能尚 好。锻造后一般以正火改善其切削 加工性。 20CrMnTi 钢的热处理工艺性 较好,有较好的淬透性。由于合金元素钛的影响,对过热不敏感,故在渗碳后可直接降 温淬火。此外尚有渗碳速度较快,过渡层较均匀,渗碳淬火后变形小等优点,这对制造 形状复杂、要求变形小的齿轮零件来说是十分有利的。 20CrMnTi 钢可制造截面在 30 以下, 承受高速中等载荷以及冲击、 摩擦的重要零件, 如齿轮、齿轮轴等各种渗碳零件。当含碳量在上限时,也可用于制造截面在 40 以下, 模数大于 10 的 20CrMnTi 齿轮等。 根据 JN-150G 型载重汽车变速箱中第二轴的二、三档齿
8、轮的规格和工作条件,选用 20CrMnTi 钢制造是比较合适的。 2、二轴齿轮的工艺路线。 下料锻造正火机械加工渗碳、淬火及低温回火喷丸磨内孔及换档槽装配 3、热处理工序的作用;在第六章的“渗碳钢的热处理特点”实例中对此已有叙述, 这里不再重复。 4、热处理技术条件和热处理工艺 热处理技术条件: 渗碳层表面含碳量:0.81.05%C; 渗碳层厚度:0.81.3 ; 淬火后硬度:HRC59; 回火后表面硬度:HRC5864; 回火后心部硬度:HRC3348。 齿轮主要尺寸: 齿数(Z)=32;模数(m)=5.5; 公法线长度(L)=74.88 -0.16 +0.24 ;键宽 =10 -0.09
9、+0.03 。 变形要求: 齿部公法线摆动量小于 0.055 ; 键宽的变形不超过 0.005 ; 齿向的变形不超过 0.017 。 热处理工艺:渗碳是在 JT-75 井式炉内进行。渗碳温度为 920940,渗碳时间可 查第五章表 5-10,确定为 5 小,渗碳后预冷至 840860直接淬火(油冷) ,淬火后再 经200低温回火。 二轴齿轮经渗碳、淬火及低温回火后得到的统计结果台下: 表层含碳量 表面硬度(回火后) 心部硬度(回火后) 公法线长度胀大 内孔缩小 键宽缩小 不超过 1.05% HRC6263 HRC4043 0.020.04 0.050.1 0.05 根据上述变形规律,生产上进一
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