Методы упрочнений и технология изготовления зубчатых колес

/

Реферат

Методы упрочнений и технология изготовления зубчатых колес

Материал для изготовления зубчатых колес

зубчатое колесо погрешность обработка

Зубчатые колеса традиционно изготавливают из высоконикелевых цементуемых сталей 12ХН3А, 18Х2Н4МА, 20Х2Н4А, 20ХГН2МБФ, 20Х3Н3МФБА, содержание никеля в которых находится в пределах 2,5…4,4%. Чаще в силовых передачах применяются сталь 20Х2Н4А, 20Х3Н3МФБА.

В настоящее время никель является одним из наиболее распространенных легирующих элементов, применяемых для повышения изломно-прочностных характеристик сталей. Положительные стороны легирования стали никелем проявляются, прежде всего в обеспечении прокаливаемости, в обеспечении вязкости сердцевины, в снижении чувствительности к различного вида концентратором напряжений.

Для достижения высоких характеристик контактной и изгибной выносливости зубчатые колеса из этой стали подвергают также поверхностному упрочнению - цементации или азотированию.

Азотирование зубчатых колес горных машин применяется при удельной нагрузке в зубчатом зацеплении W?450 Н/мм, т.к. в этом случае максимальные касательные напряжения лежат на глубине 0,2-0,3 мм, а упрочненный слой при азотировании достигает 0,6-0,7 мм и обладает повышенной твердостью >600HV и износостойкостью. При удельной нагрузке W>450 H/мм производится цементация зубчатых колес. Упрочненный слой глубиной до1,4 мм, поверхностная твердость 56-62 HRC. Азотирование зубчатых колес чаще применяется на первых парах редукторов. В настоящее время прогрессивными процессами химико-термической обработки является ионное азотирование и ионная цементация.

Точность изготовления зубчатых колес во многом зависит от термической и химико-термической обработки. Снижение деформаций и коробления деталей можно добиться совершенствованием процесса термообработки и применением прогрессивного термического оборудования и оснастки.

В настоящее время химико-термической обработке зубчатых колес, включающий цементацию, высокий отпуск, закалку и низкий отпуск, является самым распространенным для сталей с содержанием Ni>3%.

Высоконикелевые стали характеризуются после закалки значительным количеством остаточного аустенита, который снижает изгибно-усталостную прочность материала. Для уменьшения содержания остаточного аустенита после цементации вводится дополнительный высокотемпературный отпуск и обработка холодом (-70 град.) после закалки. Стали высоколегированные типа 20ХГН2МБФ термоупрочняются без операций промежуточного нагрева под закалку. Режим термообработки: цементация, подстуживание, непосредственно закалка и низкий отпуск.

Чтобы уменьшить коробление деталей в процессе закалки, рекомендуется применять закалочные прессы для цилиндрических и конических зубчатых колес различных габаритов. Фиксация деталей в закалочных штампах производиться по базовому посадочному отверстию ступицы и базовым опорным торцам ступицы и зубчатого венца.

Конструктивные и технологические особенности зубчатых колес

В трансмиссии горных машин применяются цилиндрические и конические зубчатые колеса. Все эти детали относятся к телам вращения и имеют характерную схему построения технологического процесса механической обработки. Обрабатываемыми поверхностями деталей являются наружные и внутренние цилиндрические поверхности, торцы, такие поверхности обрабатываются на станках токарной группы. Отверстия для крепления обрабатываются на станках сверлильной группы.

Зубья колес обрабатывают на зубофрезерных, зубодолбежных и зубошлифовальных станках.

В качестве базовых поверхностей в рассматриваемых деталях при выполнении черновых операций принимают один из необработанных торцев и наружную или внутреннюю поверхность. При выполнении последующих операций - торец и внутреннюю или наружную обработанные поверхности.

По технологическому признаку наиболее часто встречающиеся конструктивные разновидности зубчатых колес можно разделить на ряд типов (см рисунки)

Цилиндрические зубчатые колеса диаметром до 300 мм бывают :

- одновенцовые с отверстиями без выточки и плоскими обработанными торцами (тип А);

- одновенцовые с выточками в отверстиях или торцах (тип Б);

- одновенцовые со ступицей (тип В);

- одновенцовые со ступицей и выточками в отверстиях или торце (тип Г);

- многовенцовые блочные (тип Д);

- выполненные как одно целое с валом (тип И).

Цилиндрические зубчатые колеса диаметром более 300 мм могут быть одновенцовые со ступицей и выточками (тип Е и Ж); в виде венца (тип Е) с наружными или внутренними зубьями; одновенцовые тарельчатые с отверстиями для крепления болтами (тип З).

Конические зубчатые колеса бывают со ступицей (тип А); венцовые (тип Б) и свалом (тип В,Г).

По диаметру цилиндрические и конические колеса можно разделить на пять групп: менее 50; 51-200; 201-300; 301-500 и свыше 500.

В трансмиссиях горных машин наибольшее применение должны находить зубчатые колеса 7-9 ой степени точности.

Посадочные поверхности зубчатых колес следует выполнять по 2-му, 2а классу точности; центровые отверстия фланцев - по 2-му классу точности. Неперпендикулярность торцов ступицы и зубчатого венца к оси отверстия (биение торцов) 0,05ч0,07 мм на 100 мм диаметра. Шероховатость посадочных и рабочих поверхностей зуба Ra=1,25ч0,1 мкм по ГОСТ 2789-73.

В качестве заготовок для зубчатых колес диаметром до 50 мм применяют калиброванную прутковую сталь, а диаметром более 50 мм - штамповки или поковки.

Разработка технологического процесса обработки направлена на обеспечение необходимого уровня точности и качества зубчатых колес. Точность зубчатых колес, как известно, определяется нормами кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев. Если по нормам плавности зубчатые колеса горных машин имеют удовлетворительный уровень точности, то по нормам контакта и кинематической точности часто наблюдаются отклонения от требований, хотя точность по нормам контакта является одним из основных факторов, определяющих долговечность и надежность тяжелонагруженных зубчатых передач.

Источники и причины погрешностей изготовления зубчатых колес по нормам контакта и кинематической точности в общем виде представлены в таблице 1. Наибольший процент погрешностей вносит химико-термическая и термическая обработка зубчатых колес, однако погрешности установки и базирования при механической обработке деталей также оказывают большое влияние на точность изготовления зубчатых колес.

Таблица 1

Типовой технологический маршрут обработки цементируемого зубчатого колеса