1、典型部件選材及工藝解析.典型部件選材及工藝解析.10/10典型部件選材及工藝解析.典型部件選材及工藝解析一，齒輪類機床、汽車、拖拉機中，速度的調(diào)治和功率的傳達主要靠齒輪機床、汽車和拖拉機中是一種十分重要、使用量很大的部件。齒輪工作時的一般受力情況以下：（1）齒部承受很大的交變波折應(yīng)力；（2）換當(dāng)、啟動或嚙合不均勻時承受擊力；（3）齒面相互轉(zhuǎn)動、滑動、并承受接觸壓應(yīng)力。因此，齒輪的損壞形式主若是齒的折斷和齒面的剝落及過分磨損。據(jù)此，要求齒資料擁有以下主要性能：（1）高的波折疲倦強度和接觸疲倦強度；（2）齒面有高的硬度和耐磨性；（3）齒輪心部有足夠高的強度和韌性。其他，還要求有較好的熱辦理工藝性，

2、如變形小，并要求變形有必然的規(guī)律等。下面以機床和汽車、拖拉機兩類齒輪為例進行解析。（一）機床齒輪機床中的齒輪擔(dān)負著傳達動力、改變運動速度和運動方向的任務(wù)。一般機床中的齒輪精度大部分是7級精度（GB179-83規(guī)定，精度分12級，用1、2、3、12表示，數(shù)字愈大者，精度愈低）。可是在他度傳動機構(gòu)中要求較高的精度。機床齒輪的工作條件比起礦山機械、動力機械中的齒輪來說還屬于運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、負荷不大、條件較好的一類。實踐證明，一般機床齒輪采用中碳鋼制造，并經(jīng)高頻感覺熱辦理，所獲取的硬度、耐磨性、強度及韌性能滿足要求，而縣市頻淬火擁有變形小、生產(chǎn)率高等優(yōu)點。下面以C616機床中齒輪為例加以解析。1、高頻淬火齒

3、輪的工工藝線2、熱辦理工序的作用正火辦理對鍛造齒輪毛坯是必需的熱辦理工序，它可以使同批坯料擁有相同的硬度，便于切削加工，并使組織均勻，除掉鍛造應(yīng)力。對于一般齒輪，正火辦理也可作為高頻淬火前的最后熱辦理工序。調(diào)質(zhì)辦理可以使齒輪擁有較高的綜合機械性能，提高齒輪心部的強度和韌性，使齒輪能承受較大的波折應(yīng)力和沖擊力。調(diào)質(zhì)后的齒輪由于組織為回火索氏體，在淬火時變形更小。高頻淬火及低溫回火是賜予齒輪表面性能的要點工序，經(jīng)過高頻淬火提高了齒輪表面硬度和耐磨性，并使齒輪表面有壓應(yīng)力存在而增強了抗疲倦損壞的能力。為了除掉淬火應(yīng)力，高頻淬火后應(yīng)進行低溫回火（或自行回火），這對防范研磨裂紋的產(chǎn)生和提高抗沖擊能力極為

4、有利。3、齒輪高頻淬火后的變形情況齒輪高頻淬火后，其變形一般表現(xiàn)為內(nèi)孔縮小，外徑不變或減小。齒輪外徑與內(nèi)徑之比小于1.5時，內(nèi)徑略脹大；當(dāng)齒輪有鍵槽時，內(nèi)徑向鍵槽方向脹大，形成橢圓形，齒間橢圓形，齒間亦稍有變形，齒形變化較小，一般表現(xiàn)為中間凹0.0020.0005。這些渺小的變形對生產(chǎn)影響不大，因為一般機床用的7級精度齒輪，淬火回火后，均要經(jīng)過滾光和推孔才成為成品。高頻淬火齒輪平時用含碳量為0.400.50%的碳鋼或低合金鋼（40、45、40Cr、45Mn2、405MnB等）制造。批量生產(chǎn)時，一般要求精選含碳量以保證質(zhì)量。45鋼限制在0.420.47%C，40Cr鋼限制在0.370.42%C。

5、經(jīng)高頻淬火交低溫回火后，淬硬層應(yīng)為中碳回火馬氏體，而心部則為毛坯熱辦理（正火或調(diào)質(zhì)）后的組織。（二）汽車、拖拉機齒輪汽車、拖拉機齒輪主要分裝在變速箱和差速器中，在變速箱中，經(jīng)過它來改變發(fā)動機、典軸和主軸齒輪的速比；在差速器中，經(jīng)過齒輪來增加扭轉(zhuǎn)力鉅并調(diào)治左右兩車輪的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過齒輪將發(fā)動機的動力傳到主動輪，驅(qū)汽車、拖拉機運轉(zhuǎn)。汽車、拖拉機齒輪的工作條件比機床齒輪要深重得多，困此在耐磨性、疲倦強度、心部強度和沖擊韌性等方面的要求均比機床齒輪為高。實踐證明，汽車、拖拉機齒輪采用滲碳鋼制造并經(jīng)滲碳熱辦理后使用是較為合適合。下面以JN-150型載重汽車（載重量為8000）變速箱中第二軸的二、三檔齒輪（如

6、圖9-26所示）為例進行解析。1、采用鋼；汽車、拖拉機齒輪的生產(chǎn)特點是批量大、產(chǎn)量高，因此在選擇用鋼時，在滿足機械性能的前提下，對工藝性必定賜予足夠的重視。20CrMnTi鋼擁有較高的機械性能，見第六章表6-4所示。該鋼在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度為HRC5862，心部硬度為HRC3045。20CrMnTi的工藝性能尚好。鍛造后一般以正火改進其切削加工性。20CrMnTi鋼的熱辦理工藝性較好，有較好的淬透性。由于合金元素鈦的影響，對過熱不敏感，故在滲碳后可直接降溫淬火。其他還有滲碳速度較快，過渡層較均勻，滲碳淬火后變形小等優(yōu)點，這對制造形狀復(fù)雜、要求變形小的齒輪部件來說是十分有利的。20Cr

7、MnTi鋼可制造截面在30以下，承受高速中等載荷以及沖擊、摩擦的重要部件，如齒輪、齒輪軸等各種滲碳部件。當(dāng)含碳量在上限時，也可用于制造截面在40以下，模數(shù)大于10的20CrMnTi齒輪等。依照JN-150G型載重汽車變速箱中第二軸的二、三檔齒輪的規(guī)格和工作條件，采用20CrMnTi鋼制造是比較適合的。2、二軸齒輪的工藝路線。下料鍛造正火機械加工滲碳、淬火及低溫回火噴丸磨內(nèi)孔及換檔槽裝置3、熱辦理工序的作用；在第六章的“滲碳鋼的熱辦理特點”實例中對此已有敘述，這里不再重復(fù)。4、熱辦理技術(shù)條件和熱辦理工藝熱辦理技術(shù)條件：滲碳層表面含碳量：0.81.05%C;滲碳層厚度：0.81.3;淬火后硬度：H

8、RC59；回火后表面硬度：HRC5864；回火后心部硬度：HRC3348。齒輪主要尺寸：齒數(shù)（Z）=32；模數(shù)（m）=5.5；-0.16-0.09公法線長度（L）=74.88+0.24；鍵寬=10+0.03。變形要求：齒部公法線搖動量小于0.055；鍵寬的變形不高出0.005；齒向的變形不高出0.017。熱辦理工藝：滲碳是在JT-75井式爐內(nèi)進行。滲碳溫度為920940，滲碳時間可查第五章表5-10，確定為5小，滲碳后預(yù)冷至840860直接淬火（油冷），淬火后再經(jīng)200低溫回火。二軸齒輪經(jīng)滲碳、淬火及低溫回火后獲取的統(tǒng)計結(jié)果臺下：表層含碳量不高出1.05%HRC6263HRC40430.020

9、.040.050.10.05表面硬度（回火后）心部硬度（回火后）公法線長度脹大內(nèi)孔減小鍵寬減小依照上述變形規(guī)律，生產(chǎn)進步一步采用冷熱加工配合的方法，使變形控制在要求的技條件范圍之內(nèi)。除高頻淬火齒輪與滲碳齒輪外，還有碳氮共滲齒輪；依照受力情況和性能要求不相同，齒輪還可采用中碳合金進行調(diào)質(zhì)并經(jīng)氮化辦理后使用；以及采用鑄鐵、鑄鋼制造齒輪。二、軸類在機床、汽車、拖拉機等制造工業(yè)中，軸類部件是另一類用量很大，且占有相當(dāng)重要地位的結(jié)構(gòu)件。軸類部件的主要作用是支承傳動部件并傳達動和動力，它們在工作時受多種應(yīng)力的作用，因此從選材角度看，資料應(yīng)有較高的綜合機械性能.局部承受摩擦的部位如車床主軸的花鍵、曲軸軸頸等

10、處，要求有必然的硬度，以提高其抗磨損能力。要求以綜合機械性能為主的一類結(jié)構(gòu)部件的選材，還需依照其應(yīng)力狀態(tài)和負荷種類考慮資料的淬透性和抗疲倦性能。實踐證明，受交變應(yīng)力的軸類部件、連桿螺栓等結(jié)構(gòu)件，其損環(huán)形式很多是由于疲倦裂紋引起的。下面以車床主軸、汽車半軸、內(nèi)燃機曲軸、鏜桿、大型人字齒輪軸等典型部件為例進行解析。（一）機床主軸在選采用機床主軸的資料和熱辦理工藝時，必定考慮以下幾點：受力的大小。不相同種類的機床，工作條件有很大差別，如高速機床和精美機床主軸的工作條件與重型機床主軸的工作條件對照，無論在波折或扭轉(zhuǎn)疲倦特點方面差別都很大。軸承種類。如在滑動軸承上工作時，軸頸需要有高的耐磨性。主軸的形狀

11、及其可能引起的熱辦理弊端。結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的主軸在熱辦理時易變形甚至于開裂，因此在選材上應(yīng)恩賜重視。主軸是機床中主要進部件之一，其質(zhì)量利害直接影響機床的精度和壽命。因此必定依照主軸的工作條件和性能要求，選擇用鋼和擬定合理的冷熱加工工藝。1、機床主軸的工作條件和性能要求C616-416車床主軸如圖1-2所示。該主軸的工作條件以下：承受交變的波折應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，有時碰到?jīng)_擊載荷的作用；主軸大端內(nèi)錐孔和錐度外圓，經(jīng)常與卡盤、頂針有相對摩擦；花健部分經(jīng)常有磕或相對滑動。總之，該主軸是在轉(zhuǎn)動軸承中動轉(zhuǎn)，承受中等負荷，轉(zhuǎn)速中等，有裝置精度要求，且碰到必然的沖擊力作用。由此確定熱辦理技術(shù)條件以下：整體調(diào)質(zhì)后硬度

12、應(yīng)為HB200230，金相組織為回火索氏體；內(nèi)錐孔和外圓錐面處硬度為HRC4550，表面35內(nèi)金相組織為回火屈氏體和少量回火馬氏體；花鍵部分的硬度為HRC4853，金相組同上。2、選擇用鋼C616車床屬于中速、中負荷、在轉(zhuǎn)動軸承中工作的機床，因此采用45鋼是可以的。過去此主軸曾采用45鋼經(jīng)正火辦理后使用；此后為了提高其強度和韌性，在粗車后又增加了調(diào)質(zhì)工序。而且調(diào)質(zhì)狀態(tài)的疲倦強度比正火為高，這對提高主軸抗疲倦性能也是很重要的。表1-1為45鋼正火和調(diào)質(zhì)后的機械性能比較。表1-145鋼正火和調(diào)質(zhì)后的機械性能熱辦理b(MN/s(MN/-1(MN/調(diào)質(zhì)682490338正火6003402603、主軸的

13、工藝路線下料鍛造正火粗加工（外圓留余45）調(diào)質(zhì)半精車外圓（留余2.53.5），鉆中心孔，精車外圓(留余0.60.7，錐孔留余0.60.7，銑鍵槽局部淬火（錐孔及外錐體）車定刀槽，粗磨外圓(留余0.40.5，滾精磨。4、熱辦理工序的作用正火辦理是為了獲取適合和硬度（HB170230），以便于機械加工，同時改進鍛造組織，為調(diào)質(zhì)辦理作準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)辦理是為了使主軸獲取高的綜合機械性能和疲倦強度。調(diào)質(zhì)后硬度后硬度為HB200230，組織為回火索氏體。為了更好的發(fā)揮調(diào)質(zhì)收效，將調(diào)質(zhì)安排在粗加工后進行。內(nèi)錐孔和外圓錐面部分經(jīng)鹽浴局部淬火和回火后獲取所要求的硬度，以保證裝配精度和不易磨損。5、熱辦理工藝調(diào)質(zhì)淬火

14、時由于主軸各部分的直徑不相同，應(yīng)注意聊天問題。調(diào)質(zhì)后的變形誠然可以經(jīng)過校直來修正，但校直時的附加應(yīng)力對主軸精加工后的尺寸牢固性是不利的。為減小變形，應(yīng)注意淬火操作方法。可采用預(yù)冷淬火和控制水中冷水機卻時間來減小變形。花鍵部分可用高頻淬火以減小變形和達到硬度要求。經(jīng)淬火后的內(nèi)錐孔和外圓錐面部分需經(jīng)260300回火，花鍵部分需經(jīng)240260回火，以除掉淬火應(yīng)力并達到規(guī)定的硬度值。也適用球墨鑄鐵制造機床主軸的，如某廠用球墨鑄鐵的主軸淬火后硬度為HRC5258,且變形量比45鋼為小.(二汽車半軸汽車半軸是驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動的直接驅(qū)動件。半軸資料與其工作條件有關(guān)，中型載重汽車目前采用40Cr鋼，而重型載汽車則

15、采用性能更高的40CrMnMo鋼。1、汽車半軸的工作條件和性能在求的半軸為例。半軸的簡圖如圖9-28所示。汽車半軸是傳達扭矩的一個重要部件。汽車運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機輸出的扭矩，經(jīng)過多級以躍進型載重汽車（載重量為2500kg）銑花鍵花鍵淬火變速和主動器傳達給半軸，再由半軸傳動車輪。在上坡或啟動時，扭矩很大，特別在緊迫制動或行駛在不平坦的道路上，工作條件更為深重。因此半軸在工作時承受沖擊、屢次波折疲倦和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用，要求資料有足夠的抗彎強度和較好的韌性。熱辦理技術(shù)條件：硬度：桿部HRC3744；盤部外圓HRC2434。金相組織：回火索氏體或回火屈氏體。波折度：桿中部1.8，盤都跳動2.00。2、選擇用

16、鋼依照JB529-64汽車半軸技術(shù)條件規(guī)定，半軸資料可采用40Cr、40CrMo、40CrMnMo鋼。同時規(guī)定調(diào)質(zhì)后的半軸其金相組織淬透層應(yīng)呈回火索氏體或回火屈氏體，心部（從中心到花鍵底半徑四分之三范圍內(nèi)）贊同有鐵素體存在。依照上述技術(shù)條件，采用40Cr鋼能滿足要求。同時應(yīng)指出，從汽車的整體性能來看，設(shè)計半軸時所采用的安全系數(shù)是比較小的。這是考慮到汽車超載運轉(zhuǎn)而發(fā)惹禍故時，半軸第一損壞對保護后橋內(nèi)的主動齒輪不受損壞是有利的。從這一點出發(fā)，半軸又是一個易損件。3、半軸的工藝路線下料鍛造正火機械加工調(diào)質(zhì)盤部鉆孔磨花鍵4、熱辦理工藝解析的綜合機械性能。淬火后的回火溫度，依照桿部要求硬度HRC3744，采用42010回火。回火后在水中冷卻，以防范產(chǎn)生回火脆性。同時水冷有利于增加半軸表面的壓應(yīng)力，提高其疲倦強度。（三）內(nèi)燃機曲軸曲軸是內(nèi)燃機中形狀復(fù)雜而又重要的部件之一。它在工作時碰到內(nèi)燃機周期性變化著的氣體壓力