鋼齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)論文

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1、20CrMo鋼齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)【摘要】齒輪是機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵零件，齒輪質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)設(shè)備的使用壽命。而齒輪質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于齒輪材料及其熱處理工藝。因此，國(guó)內(nèi)外與齒輪制造相關(guān)的廠家都極為重視齒輪材料及其熱處理技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，并先后開(kāi)發(fā)一系列新型齒輪材料及先進(jìn)的熱處理工藝。20CrMo鋼是制造齒輪的主要材料，于是研究一套以20CrMo為原料的齒輪熱處理工藝便是研究任務(wù)的重中之重。【關(guān)鍵詞】齒輪齒輪鋼發(fā)展熱處理特性缺陷工藝1概述1.1齒輪的材料選擇齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件

2、，合理地選擇和使用金屬材料尤為重要。大致上講，應(yīng)主要滿足齒輪材料所需的機(jī)械性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性要求三個(gè)方面：1.1.1滿足齒輪材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能包括強(qiáng)度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的特性。齒輪在嚙合時(shí)齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強(qiáng)度失效。齒面各點(diǎn)都有相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強(qiáng)度和韌性。1.

3、1.2滿足齒輪材料的工藝性能材料的工藝性能是指材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力。齒輪的制造要經(jīng)過(guò)鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時(shí)要對(duì)材料的工藝性能加以注意。一般來(lái)說(shuō)，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機(jī)械性能可以滿足一般工作條件的要求。但強(qiáng)度不夠高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強(qiáng)度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過(guò)改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經(jīng)來(lái)改善材料的工藝性能。1.1.3滿足齒輪材料的經(jīng)濟(jì)性要求所謂經(jīng)濟(jì)性是指最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還

4、應(yīng)注意盡量降低零件的總成本。我們可以從以下幾方面考慮：從材料本身價(jià)格來(lái)考慮。碳鋼和鑄鐵的價(jià)格是比較低廉的，因此在滿足零件機(jī)械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應(yīng)情況來(lái)看，應(yīng)盡可能減少材料的進(jìn)口量及價(jià)格昂貴材料的使用量。從齒輪生產(chǎn)過(guò)程的耗費(fèi)來(lái)考慮：采用不同的熱處理方法相對(duì)加工費(fèi)用也不一樣；通過(guò)改進(jìn)熱處理工藝也可以降低成本；所選鋼種應(yīng)盡量少而集中，以便采購(gòu)和管理；我們還可以通過(guò)改進(jìn)工藝來(lái)提高經(jīng)濟(jì)效益。1.2齒輪鋼齒輪是汽車(chē)制造業(yè)中的關(guān)鍵零部件之一。汽車(chē)齒輪用鋼應(yīng)具

5、有高強(qiáng)度、耐疲勞、耐磨損和良好的尺寸精度。齒輪鋼的強(qiáng)度特性包括輪齒的彎曲強(qiáng)度、齒面強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和耐磨性能等。高質(zhì)量齒輪鋼要求淬透性帶寬度窄、純凈度高、晶粒細(xì)小均勻和較高的抗彎曲沖擊力。窄淬透性帶寬度的齒輪鋼熱處理后的彎曲變形量小從而齒輪的修磨量小、嚙合精度高。冶煉時(shí)化學(xué)成分的控制是保證窄淬透性帶的關(guān)鍵。鋼中的氧含量是影響齒輪疲勞壽命的重要因素，在冶煉過(guò)程中應(yīng)采取降低氧含量的工藝技術(shù)。在生產(chǎn)和加工過(guò)程中應(yīng)控制晶粒度，防止出現(xiàn)混晶，從而穩(wěn)定齒輪性能。然而車(chē)輛經(jīng)常換擋，使齒輪端部受到多次撞擊，加之車(chē)輛使用時(shí)因路況、

6、環(huán)境、車(chē)速等的不同，齒輪有時(shí)在過(guò)載和強(qiáng)烈沖擊條件下工作，使齒輪出現(xiàn)多種不同的失效形式。因而車(chē)輛齒輪在要求的尺寸表面精度、正常的承載和良好的潤(rùn)滑條件下，影響其失效的主要因素除了制造齒輪所用材料的化學(xué)成分和冶金質(zhì)量之外，還與齒輪熱處理缺陷有關(guān)。據(jù)此可以加強(qiáng)齒輪材料熱處理技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，從而在車(chē)輛行業(yè)等方面逐步實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌性、輕量化、高效化的目標(biāo)。齒輪鋼使用覆蓋面較廣，除轎車(chē)、貨車(chē)、農(nóng)用車(chē)和摩托車(chē)等車(chē)輛齒輪制造使用外，工程機(jī)械齒輪使用量也較大。目前我國(guó)齒輪鋼的年需求量在5O萬(wàn)t以上，從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)供需情況看，國(guó)產(chǎn)齒輪鋼在數(shù)

7、量上基本能滿足國(guó)內(nèi)汽車(chē)及工程機(jī)械齒輪的需求。我國(guó)汽車(chē)用齒輪鋼的鋼種及系列是與汽車(chē)產(chǎn)品技術(shù)引進(jìn)分不開(kāi)的。如引進(jìn)德系品牌的桑塔納、奧迪、捷達(dá)轎車(chē)技術(shù)時(shí)，齒輪鋼也同時(shí)采用了大眾企標(biāo)的Mn—Cr系列齒輪鋼。在引進(jìn)日系汽車(chē)品牌的同時(shí)，其相關(guān)的零部件用材也基本采用了JIS標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)應(yīng)牌號(hào)。1.3國(guó)內(nèi)外汽車(chē)齒輪鋼的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)汽車(chē)用齒輪鋼的鋼種及系列是與汽車(chē)產(chǎn)品技術(shù)引進(jìn)分不開(kāi)的。如引進(jìn)德系品牌的桑塔納、奧迪、捷達(dá)轎車(chē)技術(shù)時(shí)，齒輪鋼也同時(shí)采用了大眾企標(biāo)的Mn—Cr系列齒輪鋼，在引進(jìn)日系汽車(chē)品牌的同時(shí)，其相關(guān)的零部件用材也基本采用

8、了JIS標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)應(yīng)牌號(hào)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)齒輪鋼的主體鋼種仍是20CrMnTiH。配合國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)引進(jìn)而試制的新產(chǎn)品有Cr系、Cr—Mo系、Ca—Mn系、Ca一Mn一B系、Cr一Ni—Mo系、Cr—Mn—Ni系等20多個(gè)鋼種。其產(chǎn)量基本能滿足國(guó)產(chǎn)化的要求并對(duì)齒輪鋼的結(jié)構(gòu)調(diào)整起了先導(dǎo)作用。引進(jìn)鋼號(hào)的新產(chǎn)品試制也基本上是按國(guó)外企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)訂貨而后組織生產(chǎn)，與老產(chǎn)品相比，標(biāo)準(zhǔn)要求高得多，主要表現(xiàn)在以下方面