常用金属材料加工工艺设计及质量控制.docVIP

专业课程设计报告 题目:常用金属材料加工工艺设计及质量控制 —变速箱二轴齿轮 材料学院金属材料学院: 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师: 日 期： 材料学院 金属材料 齿轮的使用条件与性能要求 1.1齿轮的使用条件 2齿轮的性能要求和失效形式 热加工工艺的总体设计 1材料的选择 2 1艺的制定 3?热加工工艺的详细设计 1原材料的下料 2锻造及锻后的热处理 3齿轮的粗加工 3. 3渗碳及渗碳后的热处理 3. 5喷丸 3. 6精加工与装配 总结与讨论 参考文献 常用金属材料加工工艺设计及质量控制 —变速箱二轴齿轮 摘要 长期以来，我国载货汽车齿轮使用最普遍的钢种是20CrMnTio这 是上世纪50年代我国从原苏联引进的屮型的汽车齿轮18XTr钢种（即 20CrMnTi钢），R] 20CrMnTi制造齿轮的工艺应经趋于成熟。但是在加工工 艺屮存在的缺陷还是很多，导致齿轮的工作效率和使用寿命受到限制。本 课题针对齿轮加工的热处理工艺进行探究，已达到减少由于工艺的不佳导 致的缺陷。 关键词 二轴齿轮 20CrMnTi 热加工工艺 1?齿轮的使用条件与性能要求 齿轮在机械传动屮占有重要的地位，广泛应用在机床、汽车、拖拉机中，调 节运动速度和方向、传递功率，齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料, 齿轮材料的选择对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。 1.1齿轮使用条件 齿轮在工作时的一般受力情况是：齿轮通过齿面接触传递动力，造成两齿面 在相对滑动和滚动屮产生剧烈摩擦，并使齿血承受交变接触应力，齿根承受交变 弯曲应力；在齿轮启动换档和啮合不均匀吋承受冲击载荷。 2齿轮材料的性能要求和实效形式 1.2.1齿轮材料的性能要求 为了保证齿轮的正常工作，齿轮应具备以下主要性能： 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。除材料本身性能外，还可依靠齿轮的表面 强化处理来实现。 齿面具有高的硬度和耐磨性，以防止粘着磨损和磨粒磨损，耐磨性的提高，主 要依靠提高表面硬度和降低摩擦因数来实现。 齿轮心部具有足够的强度和韧性，以提高齿轮的承载能力。此外，还耍求齿轮 具有高的传动精度，材料具有较好的切削加工性及热处理工艺性等。 1.2.2齿轮主要的失效形式及解决方法 齿而磨损：减少齿而磨损的方法主耍是提高齿而硬度，采用屮硬齿而，表面硬 化，其屮可用渗碳、碳氮共渗、渗氮等，也可以采用提高基体组织破度、表 面软层的方法，如经渗碳、渗氮后表面镀铜或银钻合金。 齿面接触疲劳：齿面接触疲劳是由于作用于齿面上的接触应力超过材料的疲劳 极限而产生的。主要破坏形式有齿面出现麻点、浅层剥落、深层剥落等。主要通 过提高齿面硬度改善麻点破坏的抗力。通过提高淬硬层深度避免深层剥落。 齿根断裂：齿轮的弯曲疲劳破坏时齿根部受到最大振幅的脉动或交弯曲应力超 过齿轮材料的弯曲疲劳极限吋齿根断裂。提高齿轮弯曲强度的根本途径是提高齿 根处材料的强度及改善应力状态。 2?热加工工艺的总体设计 1材料的选择 载重汽车变速箱齿轮：工作较为繁重，负荷较大，冲击和磨损较强，要求具 有比机床齿轮更高的疲劳强度，耐磨性及冲击韧度等。因而，必须选用渗碳钢制 造，并经渗碳热处理后方可满足各方面的使用性能要求。制造重载汽车变速箱齿 轮用渗碳钢20CrMnTi，该钢晶粒细，渗碳吋晶粒长大倾向小，具有良好的 渗碳淬火性能，渗碳后可直接淬火。经渗碳淬火及低温回火后，表面硬度可达 58?62HRC,心部硬度为30?45HRC。同时还具有良好的工艺性能。20CrMnTi 的化学成分见表lo 当然,20CrMnTi钢也存在不足。一般认为20CrMnTi等渗碳钢是本质细 晶粒钢，渗碳后晶粒不会租化，可直接淬火。但实际上由于钢材冶炼质量 的影响，常常在正常条件下发生晶粒粗化现象。对多批材料的实际晶粒度 试验，发现相为部分实际晶粒度只有2-3级（930°C保温3h条件下）。文献 认为，20CrMnTi由于Ti含量较高，钢屮TiN夹杂物多，尤其是大块的TiN 夹杂是齿轮疲劳吋的疲劳源，它的存在会降低齿轮的接触疲劳性能。这种 夹杂物呈立方结构，受力吋易发生解理开裂，导致齿轮早期失效。另一个 问题是该钢的淬透性能有限，不能满足人直径大模数齿轮的要求，渗碳有 效硬化层深度和心部硬度均不能满足重型齿轮的要求。此外，在热处理过 程屮20CrMnTi钢易产生内氧化和非马氏体组织而降低齿轮的疲劳寿命。但 H前在我国齿轮渗碳钢中还没有哪一种钢在渗碳工艺上有20CrMnTi钢这样 成熟和可靠。所以，它仍是H前国内使用最普遍的渗碳钢种 表1. 20CrMnTi的化学成分 牌号 化学成分（质量分数）（%） C Si Mn Cr 其他 20CrMnTi 0. 17-0. 23 0. 17-0. 37 0. 80-0. 10 1.00-1.30 Ti 0.