陈晓松0740602108设计范例.doc

PAGE PAGE 4 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 学 院 ： 材料学院 专 业： 金属材料 姓 名： 陈 晓 松 学 号： 0740602108 指导教师 ： 谢春生 日 期： 2011.3.19 目 录 1.齿轮的使用条件与性能要求 1.1齿轮的使用条件 1.2齿轮的性能要求和失效形式 2.热加工工艺的总体设计 2.1材料的选择 2.2工艺的制定 3.热加工工艺的详细设计 3.1原材料的下料 3.2锻造及锻后的热处理 3.3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 4.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20CrMnTi。这是上世纪50年代我国从原苏联引进的中型的汽车齿轮18XTr钢种(即20CrMnTi钢)，用20CrMnTi制造齿轮的工艺应经趋于成熟。但是在加工工艺中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 齿轮在机械传动中占有重要的地位，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中产生剧烈摩擦，并使齿面承受交变接触应力，齿根承受交变弯曲应力；在齿轮启动换档和啮合不均匀时承受冲击载荷。 1.2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： ①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。 ②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。 ③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，还要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： ①齿面磨损：减少齿面磨损的方法主要是提高齿面硬度，采用中硬齿面，表面硬化，其中可用渗碳、碳氮共渗、渗氮等，也可以采用提高基体组织硬度、表 面软层的方法，如经渗碳、渗氮后表面镀铜或镍钴合金。 ②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。 ③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时齿根断裂。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 2.1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，渗碳时晶粒长大倾向小，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1。 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，发现相当部分实际晶粒度只有2—3级(930℃保温3h条件下)。文献认为，20CrMnTi由于Ti含量较高，钢中TiN夹杂物多，尤其是大块的TiN夹杂是齿轮疲劳时的疲劳源，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，受力时易发生解理开裂，导致齿轮早期失效。另一个问题是该钢的淬透性能有限，不能满足大直径大模数齿轮的要求，