Методы упрочнений и технология изготовления зубчатых колес
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… Читать ещё >
Методы упрочнений и технология изготовления зубчатых колес (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Реферат.
Методы упрочнений и технология изготовления зубчатых колес.
Материала для изготовления зубчатых колес зубчатое колесо изготовление 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.
Источник погрешности. | Причины погрешности. | ||
По нормам контакта. | По нормам кинематической точности. | ||
Остаточные деформации при химико-термической и термической обработке. | Пропеллеобразность детали. | Элипсность и овальность детали. | |
Погрешность установки детали на станке при зубонарезании. | Торцевое биение детали. | Несоосность оси детали и оси вращения стола. | |
Погрешность базирования детали при шлифовании посадочного отверстия. | Непараллельность осей зубчатого венца и шпинделя станка. | Несоосность осей зубчатого венца и шпинделя станка. | |
Неточность зубофрезерного станка. | Непараллельность перемещения суппорта фрезы оси вращения стола. | Кинематическая неточность станка. | |
Типовой технологический маршрут обработки цементируемого зубчатого колеса.
№. п/п. | Содержание операции. | Эскиз обработки. | Оборудование. | |
Заготовительная Штамповка. | Штамповочный молот. | |||
Термическая. Нормализация, высокий отпуск. | Термическая печь. | |||
Токарная черновая с переустановкой: обработка торцов, наружных поверхностей и отверстия. Шероховатость Ra20. | Токарный станок с ЧПУ. | |||
Токарная получистовая с переустановкой: обработка торцов, наружных поверхностей, отверстия, выточек и фасок. Шероховатость Ra10. | Токарный станок с ЧПУ. | |||
Протяжная. Протягивание шлицевого отверстия. Шероховатость Ra5. | Базирование по торцу заготовки. | Вертикально-протяжной полуавтомат. | ||
Слесарная. Зачистить заусенцы, кромки притупить фаской 0,5×45? | Слесарный верстак. | |||
Токарная чистовая с переустановкой: обработка торцов, наружных поверхностей и фасок. Шероховатость Ra5. | Базирование на шлицевой оправке по диаметру шлицевого отверстия D. | Токарный станок с ЧПУ. | ||
Зубофрезерная предварительная. Шероховатость Ra5. Контролировать радиальное и торцевое биение центрирующих поверхностей приспособления не более 0,03 мм, радиальное биение буртиков фрезы не более 0,05 мм. | Опорная база — торец заготовки. Базирование по диаметру шлицевого отверстия D на шлицевой оправке. | Зубофрезерный полуавтомат. | ||
Термическая. Цементация. | Термическая печь. | |||
Внутришлифовальная. Шлифование отверстия и торца. Шероховатость Ra5. | Базирование по диаметру шлицевого отверстия D, торцу зубчатого венца. Закрепление по наружному диаметру зубчатого венца. | Внутришлифовальный станок. | ||
Зубофрезерная чистовая. Шероховатость Ra2.5. | Базирование по диаметру шлицевого отверстия d. | Зубофрезерный полуавтомат. | ||
Зубофасочная. Фаски 20×45?. Шероховатость Ra20. | Зубофасочный полуавтомат. | |||
Маркирование. Маркировать ударным способом число зубьев, модуль и марку материала. | Слесарный верстак. | |||