1、 金屬學與熱處理課程設計報告 45鋼車床主軸箱齒輪的熱處理工藝設計學 院 化學工程與現(xiàn)代材料專 業(yè) 金屬材料工程 姓 名 劉海旦 學 號12042406 指 導 教 師 張美麗 完 成 時 間2015.06.01 目錄摘要-11.引言-12.設計簡圖-1 2.1技術(shù)要求-13.失效形式及力學性能要求-1 3.1受力及失效形式分析-1 3.2力學性能要求-24.車床主軸箱齒輪的工作條件-25.車床主軸箱齒輪材料的性能及選擇-26.車床主軸箱的齒輪的毛坯選擇-37.車床主軸箱的齒輪的加工工藝過程分析-3 7.1基準的選擇-3 7.2提高精度需滿足的要求-4 7.3齒輪毛坯的加工-4 7.4加工過程

2、中應注意的問題-4 7.5齒形及齒端加工-4 7.6齒輪的齒端加工方式-58.車床主軸箱齒輪加工的熱處理工藝-5 8.1熱處理工藝路線-5 8.1.1鍛造-5 8.1.2正火-5 8.1.3機加工-6 8.1.4表面淬火+回火-69. 潤滑油種類的推薦和選擇-710. 結(jié)束語-711. 參考文獻-7 摘要：通過對車床主軸箱齒輪的工作條件及失效形式進行分析，提出了對主軸箱齒輪的力學性能要求，同時依據(jù)選材要求合理地選擇所使用的金屬材料，據(jù)此制定合理的加工工藝及熱處理工藝路線，以滿足車床主軸箱齒輪的使用性能要求。1.引言：車床主軸箱是一種變速裝置，通常將主動軸的一種轉(zhuǎn)速變換為從動軸的一種或多種轉(zhuǎn)速，

3、這種轉(zhuǎn)速的改變主要是通過一系列相互嚙合的不同齒數(shù)的齒輪來實現(xiàn)的。相互嚙合的一對齒輪可以傳遞運動和動力，達到增速或減速的目的。在變速傳動中，各軸的軸線相對位置不變，齒輪各自繞其自身軸線轉(zhuǎn)動，主動輪輪齒對與其嚙合的從動輪輪齒施加推動力，從而帶動從動輪轉(zhuǎn)動。2.設計簡圖2.1技術(shù)要求齒輪表面采用高頻感應淬火調(diào)質(zhì)硬度:200-250HB; 表面硬度：45-50HRC; 淬硬層深度：1-2mm 3.失效形式及力學性能要求3.1受力及失效形式分析齒輪在工作過程中，由于輪齒受到外力的作用，會產(chǎn)生相應的應力。該應力是由零逐漸增加到最大值，又由最大值逐漸減小到零，即應力隨時間作周期

4、性的變化，這種應力稱為交變應力(也稱循環(huán)應力)。在交變應力作用下，雖然齒輪所承受的應力遠遠低于材料的屈服點(材料發(fā)生永久變形即塑性變形時對應的應力)，但經(jīng)過較長時間工作后有可能會產(chǎn)生疲勞裂紋導致斷裂，這種觀象稱為疲勞，疲勞是導致齒輪失效甚至造成重大事故的主要原因。齒輪在傳動過程中，接觸的兩齒面會產(chǎn)生一定的相互滑動，發(fā)生滑動摩擦，導致齒面發(fā)生磨損。磨損嚴重時，會加大齒側(cè)間隙而引起傳動不平穩(wěn)和沖擊，甚至會因齒厚被過度磨損，在受載時發(fā)生輪齒折斷現(xiàn)象。齒輪在傳動過程中，由于換檔、起動或嚙合不良，輪齒可能會受到?jīng)_擊載荷的作用，當沖擊載荷較大時，有可能導致齒輪變形甚至斷裂。3.2力學性能要求 為了防止齒輪

5、在工作過程中出現(xiàn)疲勞、磨損以及斷裂，要求齒輪必須有較高的硬度及好的耐磨性，齒面具有高的疲勞強度，齒輪心部要有足夠的強度和韌度，即要求齒輪必須有較好的綜合力學性能。對于車床主軸箱齒輪來說，通常要求齒輪心部硬度達170一217HB，齒面硬度達4550HRC。4. 車床主軸箱齒輪的工作條件  車床主軸箱是一變速裝置，通常將主動軸的一種轉(zhuǎn)換為從動軸的一種或多種轉(zhuǎn)速，而這種轉(zhuǎn)速的改變主要是通過一系列相互嚙合的不同齒數(shù)的齒輪來實現(xiàn)的。因此主動齒輪會對與其嚙合的從動輪輪齒施加推動力，從而帶動從動輪的旋轉(zhuǎn)。所以齒輪會受到外力的影響，從而導致齒輪自身會產(chǎn)生相應的應力。雖然齒輪所承受的應力遠低于材料的屈

6、服點，但長時間工作也有可能導致齒輪產(chǎn)生裂紋而斷裂。齒輪在轉(zhuǎn)動過程中，接觸面的齒面會產(chǎn)生滑動摩擦，從而磨損齒面而導致輪齒的斷齒輪在傳動過程中，會由于換擋、啟動或嚙合不良而使齒輪受到?jīng)_擊載荷的作用，從而使齒輪變形甚至斷裂。以上均是齒輪的工作環(huán)境，為了能使齒輪在上述環(huán)境下能正常工作，就得要求齒輪的自身條件能符合上述條件。 5.車床主軸箱齒輪材料的性能及選擇 首先分析一下車床主軸箱齒輪材料的力學性能要求；為了滿足齒輪的工作的條件，防止出現(xiàn)疲勞、磨損以及斷裂等情況的出現(xiàn)，需要求齒輪必須有較高的硬度及好的耐磨性，齒面有較高的疲勞強度，齒輪心部要有足夠的強度和韌度，通常情況下要求齒輪心部的硬度達1

7、70-217HB齒面硬度達45-50HRC。根據(jù)對齒輪力學性能的要求，應從具有好的綜合性能指標這個要素選材，工業(yè)生產(chǎn)中常用的金屬材料主要是鋼、鑄鐵及合金。其中鑄鐵的含碳量較高，因此其硬度和耐磨性都較好。但有一點，其塑性、韌性都較差，不過價格較便宜，對于一些低速、低沖擊載荷條件下工作的齒輪可用鑄鐵；若用鋼材制作齒輪則需考慮鋼的含碳量，低碳鋼的含碳量小于等于0.25%，含碳量較低，因此塑性、韌性較好，強度、硬度較低，很容易變形，不適合做齒輪；高碳鋼的含碳量在0.60%2.11%之間，含碳量較高，所以其強度、硬度及耐磨裂。性都較好，但塑性、韌性差易斷裂，也不適合做齒輪；中碳鋼的含碳量在0.25%0.

8、6%,位于低碳鋼與高碳鋼之間，其性能也同樣位于兩者之間，有較好的綜合性能，因此中碳鋼適合做齒輪。并且其價格也比合金鋼便宜，在工業(yè)上我們常用45鋼或40Cr鋼來制作齒輪。 6.車床主軸箱的齒輪的毛坯選擇齒輪的加工過程中毛坯的選擇也至關(guān)重要，毛坯的選擇正確與否，不僅影響零件的加工質(zhì)量和使用性能，而且對零件的制造工藝過程、生產(chǎn)周期和成本也有很大的影響。6.1毛坯的選擇一定要滿足以下原則： 6.1.1滿足齒輪的使用要求，防止出現(xiàn)選用的毛坯的性能不符合齒輪的工作要求; 6.1.2降低生產(chǎn)成本，它包括本身的材料費用、消耗的燃料和動力費用、工資、設備的折舊費等; 6.

9、1.3要結(jié)合具體的生產(chǎn)條件，也就是本企業(yè)的設備條件和技術(shù)水平。 生產(chǎn)中齒輪的毛坯類型通常是模鍛件，這種模鍛件的尺寸和精度都比較高，機械加工的余地較小，節(jié)省加工工時并且材料的利用率也較高，更重要的是這種材料的晶粒細小、組織致密，綜合性能最符合齒輪的工作要求。7.車床主軸箱的齒輪的加工工藝過程分析7.1基準的選擇 對于齒輪加工基準的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同而有所差異。對于空心軸，則在中心內(nèi)孔鉆出后，用兩端孔口的斜面定位；孔徑大時則采用錐堵。頂點定位的精度高，且能做到基準重合、統(tǒng)一，對帶孔齒輪的齒面加工時常采用以下定位、夾緊方式。以內(nèi)孔和端面定位，這種定位方式是以工件內(nèi)孔定位，

10、確定定位位置，再以端面作為軸向定位基準，并對著端面夾緊。這樣可使定位基準、設計基準、裝配基準和測量基準重合，定位精度高，適合于批量生產(chǎn)。 7.2為了減少定位誤差，提高齒輪加工精度，在加工時應滿足以下要求： 7.2.2應選擇基準重合、統(tǒng)一的定位方式； 7.2.3內(nèi)孔定位時，配合間隙應盡可能減少； 7.2.4定位端面與定位孔或外圓應在一次裝夾中加工出來，以保證垂直度要求。 7.3齒輪毛坯的加工齒面加工前的齒輪毛坯加工，在整個齒輪加工過程中占有很重要的地位。因為齒面加工和檢測所用的基準必須在此階段加工出來，同時齒坯加工所占工時的比例較大，無論從提高生

11、產(chǎn)率，還是從保證齒輪的加工質(zhì)量，都必須重視齒輪毛坯的加工。在齒輪圖樣的技術(shù)部要求中，如果規(guī)定以分度圓選齒厚的減薄量來測定齒側(cè)間隙時，應注意齒頂圓的精度要求，因為齒厚的檢測是以齒頂圓為測量基準的。齒頂圓精度太低，必然使測量出的齒厚無法正確反映出齒側(cè)間隙的大小，所以在加工。7.4過程中應注意以下問題： 7.4.1當以齒頂圓作為測量基準時，應嚴格控制齒頂圓的尺寸精度； 7.4.2保證定位端面和定位孔或外圓間的垂直度； 7.4.3提高齒輪內(nèi)孔的制造精度，減少與夾具心軸的配合間隙； 7.5齒形及齒端加工：齒形加工是齒輪加工的關(guān)鍵，其方案的選擇取決于多方面的因素，如

12、設備條件、齒輪精度等級、表面粗糙度、硬度等。 7.6齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式如下圖： 經(jīng)倒圓、倒尖后的齒輪在換檔時容易進入嚙合狀態(tài)，減少撞擊現(xiàn)象。倒棱可除去齒端尖角和毛刺。用銑刀對齒端進行倒圓時，銑刀高速旋轉(zhuǎn)，沿圓弧做擺動，加工完一個齒后，工件退離銑刀，經(jīng)分度再快速向銑刀靠近加工下一個齒的齒端。 8.車床主軸箱齒輪加工的熱處理工藝8.1工藝路線：下料-鍛造-正火-機加工-表面淬火+回火-精磨8.1.1鍛造齒輪通常是鍛造成形。通過鍛造能消除齒輪在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，齒輪經(jīng)過鍛造加工后能改善其組織結(jié)構(gòu)和力學性能。鑄造組織經(jīng)過鍛造方法熱加工變形后

13、由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學性能。8.1.2正火 將齒輪放入爐中加熱到840一-880，保溫約3h，出爐在空氣中分散冷卻。目的是充分消除鍛造引起的內(nèi)應力，細化晶粒，適當提高齒輪的便度，防止“粘刀”，改善齒輪性能，為以后的機加工做性能準備，同時為后序的熱處理做準備工作。選擇正火可以細化晶粒，提高鋼的便度，改善低碳鋼的切削加工性能。正火與退火的不同點是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細一些，其機械性能也有所提高。另外，正

14、火爐外冷卻不占用設備 · 生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火。由于正火后工件比退火狀態(tài)具有更好的綜合力學性能，對于一些受力不大、性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)零件可將正火作為最終熱處理，以減少工序、節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率。8.1.3機加工 主要是車外圓和滾齒。車外圓是指用車削方法加工工件的外圓表面，滾齒是指用齒輪滾刀或蝸輪滾刀按展成法加工齒輪或蝸輪等的齒面。在制訂機加工工藝規(guī)程的過程中，往往要對前面已初步確定的內(nèi)容進行調(diào)整，以提高經(jīng)濟效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程過程中，可能會出現(xiàn)前所未料的情況，如生產(chǎn)條件的變化，新技術(shù)、新工藝的引進，新材料、先進設備的應用等，都要求及時對工藝規(guī)程進行修訂

15、和完善。 8.1.4表面淬火+回火 表面淬火：通常利川感應加熱淬火裝置，只對輪術(shù)部位進行局部感應加熱表面淬火。其做法是將齒輪置予感應器內(nèi)，通入交流電，輪溫度達到860-900后，隨后用水快速冷卻，淬火后表面不得有裂紋，淬火珂以提高輪齒表面硬度和耐磨性，淬火后表面硬度可達到48 一5311RC，淬硬層可達3-4mm，表面淬火的目的在于獲得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韌性。表面淬火采用的快運加熱方法有多種，如電感應，火焰。電接觸，激光等，目前應用最廣的是電感應加熱法?；鼗穑簩X輪放入回火爐中加熱到200-240“C，保溫約1h，出爐空氣中冷卻?；鼗鹨话憔o接著淬火進行，其目的是消

16、除在淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應力，防止齒輪在工作中變形和開裂；調(diào)整工件的硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求；獲得穩(wěn)定的組織，保證尺寸的穩(wěn)定性改善和提高加工性能提高齒輪的韌性，調(diào)整齒輪的強度和硬度，獲得較好的綜合力學性能。8.1.5精磨 主要是磨齒、推孔等處理：回火過程中輪齒、孔徑會發(fā)生微變廷因此要進行精磨處理，保證齒輪尺寸的精確，以滿足精度要求。過這樣的熱處理以后，齒輪的輪齒表面可以獲得高的硬度和耐磨性而心部仍有較好的塑性和韌性，從而滿足齒輪的工作性能要求。 9.潤滑油種類的推薦和選擇滑油又直接影響減速器的運行，因此，必須根據(jù)實際條件反復試驗提出潤滑油的技術(shù)要求，即適當?shù)恼扯?，良好的抗磨性，一定?/p>

17、油膜強度和穩(wěn)定性、無腐蝕作用等。根據(jù)齒輪的種類和負荷條件來選擇。10.結(jié)束語對一些受力復雜、大型的技術(shù)要齒輪而言，在正火之后還需進行調(diào)質(zhì)處理，以滿足性能要求。所謂調(diào)質(zhì)處理即淬火+高溫回火。淬火是將齒輪加熱到約860-880，保溫一定時間后，用鹽水冷卻。隨后置于回火爐中加熱到550-600，保溫約2h出爐空冷。經(jīng)調(diào)質(zhì)后的齒輪其力學性能優(yōu)良，具有高強度的同時又有良好的塑性和韌性，能充分滿足齒輪的性能要求。11. 參考文獻【1】陳?？?郭曉春;紀武瑜，機械設計基礎>北京:中國勞動社會保障出版社2004；【2】董浚修主編.潤滑原理及潤滑油，中國石化出版社1879；【3】郭紀機.北京:中國勞動社會保障出版社； 【4】孫學強，機械制造基礎，北京機械工業(yè)出版社； 【5】單小君，金屬材料與熱處理；【6】金屬學熱處理，中國機械出版社；【7】冶金設備潤滑技術(shù)基礎知識，中國石化出版社；【8】王修斌，良駿主編.械修理大全，遼寧出版社；【9】機械制圖(第四版)