典型零件选材工艺分析

1、典型部件选材及工艺解析.典型部件选材及工艺解析.10/10典型部件选材及工艺解析.典型部件选材及工艺解析一，齿轮类机床、汽车、拖拉机中，速度的调治和功率的传达主要靠齿轮机床、汽车和拖拉机中是一种十分重要、使用量很大的部件。齿轮工作时的一般受力情况以下：（1）齿部承受很大的交变波折应力；（2）换当、启动或啮合不均匀时承受击力；（3）齿面相互转动、滑动、并承受接触压应力。因此，齿轮的损坏形式主若是齿的折断和齿面的剥落及过分磨损。据此，要求齿资料拥有以下主要性能：（1）高的波折疲倦强度和接触疲倦强度；（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。其他，还要求有较好的热办理工艺性，

2、如变形小，并要求变形有必然的规律等。下面以机床和汽车、拖拉机两类齿轮为例进行解析。（一）机床齿轮机床中的齿轮担负着传达动力、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）。可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，一般机床齿轮采用中碳钢制造，并经高频感觉热办理，所获取的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求，而县市频淬火拥有变形小、生产率高等优点。下面以C616机床中齿轮为例加以解析。1、高频淬火齿

3、轮的工工艺线2、热办理工序的作用正火办理对锻造齿轮毛坯是必需的热办理工序，它可以使同批坯料拥有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，除掉锻造应力。对于一般齿轮，正火办理也可作为高频淬火前的最后热办理工序。调质办理可以使齿轮拥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波折应力和冲击力。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赐予齿轮表面性能的要点工序，经过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲倦损坏的能力。为了除掉淬火应力，高频淬火后应进行低温回火（或自行回火），这对防范研磨裂纹的产生和提高抗冲击能力极为

4、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。这些渺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。高频淬火齿轮平时用含碳量为0.400.50%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。

5、经高频淬火交低温回火后，淬硬层应为中碳回火马氏体，而心部则为毛坯热办理（正火或调质）后的组织。（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，经过它来改变发动机、典轴和主轴齿轮的速比；在差速器中，经过齿轮来增加扭转力钜并调治左右两车轮的转速，经过齿轮将发动机的动力传到主动轮，驱汽车、拖拉机运转。汽车、拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮要深重得多，困此在耐磨性、疲倦强度、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、拖拉机齿轮采用渗碳钢制造并经渗碳热办理后使用是较为合适合。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

6、图9-26所示）为例进行解析。1、采用钢；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，对工艺性必定赐予足够的重视。20CrMnTi钢拥有较高的机械性能，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。20CrMnTi的工艺性能尚好。锻造后一般以正火改进其切削加工性。20CrMnTi钢的热办理工艺性较好，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。其他还有渗碳速度较快，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、要求变形小的齿轮部件来说是十分有利的。20Cr

7、MnTi钢可制造截面在30以下，承受高速中等载荷以及冲击、摩擦的重要部件，如齿轮、齿轮轴等各种渗碳部件。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。依照JN-150G型载重汽车变速箱中第二轴的二、三档齿轮的规格和工作条件，采用20CrMnTi钢制造是比较适合的。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置3、热办理工序的作用；在第六章的“渗碳钢的热办理特点”实例中对此已有叙述，这里不再重复。4、热办理技术条件和热办理工艺热办理技术条件：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：H

8、RC59；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；-0.16-0.09公法线长度（L）=74.88+0.24；键宽=10+0.03。变形要求：齿部公法线摇动量小于0.055；键宽的变形不高出0.005；齿向的变形不高出0.017。热办理工艺：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、淬火及低温回火后获取的统计结果台下：表层含碳量不高出1.05%HRC6263HRC40430.020

9、.040.050.10.05表面硬度（回火后）心部硬度（回火后）公法线长度胀大内孔减小键宽减小依照上述变形规律，生产进步一步采用冷热加工配合的方法，使变形控制在要求的技条件范围之内。除高频淬火齿轮与渗碳齿轮外，还有碳氮共渗齿轮；依照受力情况和性能要求不相同，齿轮还可采用中碳合金进行调质并经氮化办理后使用；以及采用铸铁、铸钢制造齿轮。二、轴类在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类部件是另一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。轴类部件的主要作用是支承传动部件并传达动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，资料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等

10、处，要求有必然的硬度，以提高其抗磨损能力。要求以综合机械性能为主的一类结构部件的选材，还需依照其应力状态和负荷种类考虑资料的淬透性和抗疲倦性能。实践证明，受交变应力的轴类部件、连杆螺栓等结构件，其损环形式很多是由于疲倦裂纹引起的。下面以车床主轴、汽车半轴、内燃机曲轴、镗杆、大型人字齿轮轴等典型部件为例进行解析。（一）机床主轴在选采用机床主轴的资料和热办理工艺时，必定考虑以下几点：受力的大小。不相同种类的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精美机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件对照，无论在波折或扭转疲倦特点方面差别都很大。轴承种类。如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。主轴的形状

11、及其可能引起的热办理弊端。结构形状复杂的主轴在热办理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应恩赐重视。主轴是机床中主要进部件之一，其质量利害直接影响机床的精度和寿命。因此必定依照主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和拟定合理的冷热加工工艺。1、机床主轴的工作条件和性能要求C616-416车床主轴如图1-2所示。该主轴的工作条件以下：承受交变的波折应力与扭转应力，有时碰到冲击载荷的作用；主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；花健部分经常有磕或相对滑动。总之，该主轴是在转动轴承中动转，承受中等负荷，转速中等，有装置精度要求，且碰到必然的冲击力作用。由此确定热办理技术条件以下：整体调质后硬度

12、应为HB200230，金相组织为回火索氏体；内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC4550，表面35内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体；花键部分的硬度为HRC4853，金相组同上。2、选择用钢C616车床属于中速、中负荷、在转动轴承中工作的机床，因此采用45钢是可以的。过去此主轴曾采用45钢经正火办理后使用；此后为了提高其强度和韧性，在粗车后又增加了调质工序。而且调质状态的疲倦强度比正火为高，这对提高主轴抗疲倦性能也是很重要的。表1-1为45钢正火和调质后的机械性能比较。表1-145钢正火和调质后的机械性能热办理b(MN/s(MN/-1(MN/调质682490338正火6003402603、主轴的

13、工艺路线下料锻造正火粗加工（外圆留余45）调质半精车外圆（留余2.53.5），钻中心孔，精车外圆(留余0.60.7，锥孔留余0.60.7，铣键槽局部淬火（锥孔及外锥体）车定刀槽，粗磨外圆(留余0.40.5，滚精磨。4、热办理工序的作用正火办理是为了获取适合和硬度（HB170230），以便于机械加工，同时改进锻造组织，为调质办理作准备。调质办理是为了使主轴获取高的综合机械性能和疲倦强度。调质后硬度后硬度为HB200230，组织为回火索氏体。为了更好的发挥调质收效，将调质安排在粗加工后进行。内锥孔和外圆锥面部分经盐浴局部淬火和回火后获取所要求的硬度，以保证装配精度和不易磨损。5、热办理工艺调质淬火

14、时由于主轴各部分的直径不相同，应注意聊天问题。调质后的变形诚然可以经过校直来修正，但校直时的附加应力对主轴精加工后的尺寸牢固性是不利的。为减小变形，应注意淬火操作方法。可采用预冷淬火和控制水中冷水机却时间来减小变形。花键部分可用高频淬火以减小变形和达到硬度要求。经淬火后的内锥孔和外圆锥面部分需经260300回火，花键部分需经240260回火，以除掉淬火应力并达到规定的硬度值。也适用球墨铸铁制造机床主轴的，如某厂用球墨铸铁的主轴淬火后硬度为HRC5258,且变形量比45钢为小.(二汽车半轴汽车半轴是驱动车轮转动的直接驱动件。半轴资料与其工作条件有关，中型载重汽车目前采用40Cr钢，而重型载汽车则

15、采用性能更高的40CrMnMo钢。1、汽车半轴的工作条件和性能在求的半轴为例。半轴的简图如图9-28所示。汽车半轴是传达扭矩的一个重要部件。汽车运转时，发动机输出的扭矩，经过多级以跃进型载重汽车（载重量为2500kg）铣花键花键淬火变速和主动器传达给半轴，再由半轴传动车轮。在上坡或启动时，扭矩很大，特别在紧迫制动或行驶在不平坦的道路上，工作条件更为深重。因此半轴在工作时承受冲击、屡次波折疲倦和扭转应力的作用，要求资料有足够的抗弯强度和较好的韧性。热办理技术条件：硬度：杆部HRC3744；盘部外圆HRC2434。金相组织：回火索氏体或回火屈氏体。波折度：杆中部1.8，盘都跳动2.00。2、选择用

16、钢依照JB529-64汽车半轴技术条件规定，半轴资料可采用40Cr、40CrMo、40CrMnMo钢。同时规定调质后的半轴其金相组织淬透层应呈回火索氏体或回火屈氏体，心部（从中心到花键底半径四分之三范围内）赞同有铁素体存在。依照上述技术条件，采用40Cr钢能满足要求。同时应指出，从汽车的整体性能来看，设计半轴时所采用的安全系数是比较小的。这是考虑到汽车超载运转而发惹祸故时，半轴第一损坏对保护后桥内的主动齿轮不受损坏是有利的。从这一点出发，半轴又是一个易损件。3、半轴的工艺路线下料锻造正火机械加工调质盘部钻孔磨花键4、热办理工艺解析的综合机械性能。淬火后的回火温度，依照杆部要求硬度HRC3744，采用42010回火。回火后在水中冷却，以防范产生回火脆性。同时水冷有利于增加半轴表面的压应力，提高其疲倦强度。（三）内燃机曲轴曲轴是内燃机中形状复杂而又重要的部件之一。它在工作时碰到内燃机周期性变化着的气体压力