Проектирование участка термической обработки зубчатых колес

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Проектирование участка термической обработки зубчатых колес

Введение

Современные машины и механизмы трудно представить без зубчатых колес. В технике используют огромное количество шестерен. Лишь в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении общее количество ежегодно изготовляемых шестерен составляет около 50 млн. штук. Крупнейшими производителями шестерен являются также автомобильная промышленность и станкостроение.

Основной объем производства составляют цилиндрические шестерни (прямозубые и косозубые), в большом количестве изготавливают также конические шестерни, значительно меньше - шестерни червячных и комбинированных передач.

Наиболее массовыми являются шестерни коробок передач и трансмиссий автомобилей и тракторов, шестерни механизмов газораспределения двигателей внутреннего сгорания шестерни металлообрабатывающих станков.

1. Технология термической обработки

1.1 Описание детали

Зубчатое колесо (шестерня) -- основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. Однако часто все зубчатые колёса называют шестернями.

Зубчатые передачи применяют в различных механизмах, машинах и приборах для передачи вращательного движения между параллельными, пересекающимися и скрещивающимися осями валов, а также для преобразования вращательного движения в поступательное. Высокий КПД, компактность конструкций, плавность работы, высокая точность, возможность передавать силы практически под любым углом, с большим диапазоном скоростей и передаточных чисел способствовали широкому распространению зубчатых передач в автомобилях, тракторах, металлорежущих станках, самолетах, редукторах, приборах и т.д.

Сопряженная зубчатая передача состоит из ведущего и ведомого элементов. Зубчатое колесо, передающее вращение, называют ведущим. Колесо, приводимое во вращении, - ведомым. Зубчатая передача обычно состоит из пары колес, одно из них имеет большее число зубьев, другое меньшее. Элемент зубчатой передачи, имеющий меньшее число зубьев, называют шестерней, а элемент с большим числом зубьев - колесом.[1] Однако часто все зубчатые колёса называют шестернями.

1.2 Требования предъявляемые зубьям шестерен

Условия работы шестерен определяются их быстроходностью, уровнем контактных и изгибающих нагрузок.

В процессе эксплуатации зубья шестерен подвергаются:

- изгибу при максимальном однократном нагружении (при резком торможении, заклинивании, при приложении максимального крутящего момента);

- изгибу при многократных циклических нагрузках, вследствие чего в корне зуба развиваются наибольшие напряжения и может происходить усталостное разрушение. Напряжения изгиба могут быть весьма большими, так в некоторых шестернях коробки передач автомобилей ЗИЛ они превышают 600 МПа;

- контактным напряжением на боковых рабочих поверхностях зубьев, приводящим к образованию контактно-усталостного выкрашивания (питтинга);

- износу боковых поверхностей (из-за попадания абразивных частиц, грязи, пыли в зону контакта) либо торцевых поверхностей зубьев (при переключении передач в коробках передач). При относительном скольжении в условиях недостаточной смазки либо без смазки на рабочих поверхностях зубьев может происходить «схватывание» и образование грубых задиров, приводящих к катастрофически быстрому (в течение нескольких часов) изнашиванию шестерен.[2]

Зубья шестерен должны иметь высокую поверхностную твердость и износостойкость при вязкой сердцевине. Твердость поверхности зуба должна составлять 58…60 HRC.[3]

1.3 Обоснование выбора материала

Для зубчатых колёс можно применять конструкционные цементуемые или улучшаемые стали. Учитывая, что по техническим требованиям требуются высокие характеристики, следует обратиться к легированным сталям.

Общими требованиями для упрочняемых сталей является следующее:

а) достаточно высокая прокаливаемость и закаливаемость, позволяющие обеспечить требуемую твердость поверхностного слоя и сердцевины зубьев при закалке в масле. Углеродистые стали для шестерен не применяют, так как они требуют закалки с охлаждением в воде, что сопровождается повышенной деформацией;

б) технологичность для насыщения, определяемая малой
склонностью к чрезмерному перенасыщению поверхности углеродом и азотом и внутреннему окислению;

в) хорошая обрабатываемость резанием, что особенно важно
в условиях массового производства;

г) технологичность для термической обработки после насыщения.

Так как нам необходима высокая поверхностная твердость и вязкая сердцевина, поэтому мы ориентируемся на выборе химико-термической обработки.

Рассмотрим сталь, предложенную по заданию - 20ХНР.

Сталь 20ХНР конструкционная малоуглеродистая легированная, упрочняемая химико-термической обработкой (цементацией).

Заменитель - сталь 20ХН.

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 4543-71, ГОСТ 1133-71.

Назначение - зубчатые колеса, валы-шестерни, червяки, кулачковые муфты, валики, пальцы, втулки и другие нагруженные крупные детали, работающие в условиях ударных нагрузок.

Таблица 1. Химический состав стали 20ХНР

Бор (B)	0.001-0.005
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец (Mn)	0.60-0.90
Никель (Ni)	0.80-1.10
Титан (Ti), не более	0.06
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr)	0.70-1.10
Сера (S), не более	0.035

Легирование

Углерод - содержание 0,2%.

Обычно для цементации используют низкоуглеродистые стали (0,1-0,18% С). Для цементации крупногабаритных деталей, таких, как заданная, чаще применяют стали с более высоким содержанием углерода (0,2-0,3%). Выбор таких сталей необходим для того, чтобы сердцевина изделия, не насыщающаяся углеродом при цементации, сохраняла высокую вязкость после закалки.

Легирующие элементы, присутствующие в стали, оказывают влияние на структуру цементуемого слоя, механизм его образования и скорость диффузии. В случае цементации сталей, легированных карбидообразующими элементами, при температуре диффузии возможно образование двухфазного слоя из аустенита и карбидов глобулярной формы. При этом аустенит обедняется углеродом и карбидообразующими элементами ( Cr, Mn) и на поверхности после закалки образуются немартенситные структуры, способствующие снижению твердости и особенно предела выносливости. Суммарная концентрация углерода на поверхности цементированного слоя сталей, легированных карбидообразующими элементами, может достигать 1,5-2,0% и более (М.Ю. Лахтин Металловедение).

Хром - 0.70-1.10%, марганец - 0.60-0.90 - карбидообразующие элементы, увеличивают энергию активации Q, уменьшают коэффициент диффузии углерода в аустените, увеличивают глубину цементованного слоя после цементации.

Никель - 0.80-1.10% повышает вязкость цементованного слоя и сердцевины и понижает порог хладноломкости.

Бор - 0.001-0.005 увеличивает прокаливаемость сердцевины.

Важно отметить, что 20ХНР обладает наследственной мелкозернистостью и высокой прокаливаемостью, допускает возможность непосредственной закалки после цементации.

Механические свойства.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска.

Закалка 860 °С, масло. Охлаждение после отпуска в масле:

t отпуска, °С	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	KCU, Дж/м2	HRCэ
200	1220	1520	10	54	49	47
300	1200	1400			49	46
400	1180	1250	11	57	69	43
500	880	980	14	64	127	34
600	740	780	16	65	172	28

Механические свойства в зависимости от сечения.

Нормализация 930 °С, воздух. Закалка 840 °С, масло. Отпуск 200 °С, воздух:

Сечение, мм	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	KCU, Дж/м2	HB
25	1370	1420	14	60	108	418
50	1110	1200		62	147	340
75	970	1060	15	60	108	302
100	920	1000	15	60	127	302
150	830	1000	16		98	286

Технологические свойства:

Температура ковки	Начала 1150, конца 800
Свариваемость РДС.	Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.
Склонность к отпускной способности	Склонна
Флокеночувствительность	Чувствительна

Температура критических точек:

Критическая точка	°С
Ac1	740
Ac3	830
Ar3	725
Ar1	650

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2:

Состояние поставки, термообработка	+20	-20	-40	-60
Закалка 860 С, масло. Отпуск 200 С, масло, HRCэ 47	61	61	62	60
Закалка 860 С, масло. Отпуск 500 С, масло. HRCэ 33	125	110	120	117

Твердость:

Состояние поставки, режим термообработки	HRCэ поверхности	HRCэ сердцевины
Цементация 930 С, охлаждение замедленное в колодцах или ящиках. Закалка 820-840 С, масло. Отпуск 180-200 С, воздух.	57-63	37-47

Прокаливаемость

Закалка 860 С. Твердость для полос прокаливаемости HRCэ

Расстояние от торца, мм / HRC э
1.5	3	4.5	6	9	12	15	21	27	239
43-48.5	43.5-49	43-49.5	42.5-49.5	41-49.5	39.5-49	38-48.5	35-47.5	31-45	26-40

Термообработка	Кол-во мартенсита, %	Крит.диам. в масле, мм	Крит. твердость, HRCэ
Закалка 880 С, масло.	50	38	39



При работе со сталью 20ХНР существует ряд сложностей. Сталь содержит никель, а так как он дефицитный, то применять такую сталь не желательно. Стали с 0,06 % титана, имеют недостаток - склонность к внутреннему окислению при газовой цементации, что приводит к снижению твердости слоя и предела выносливости. Данная сталь склонна к отпускной хрупкости. Титан уменьшает чувствительность стали к перегреву, а также измельчает зерно, тем самым ухудшает обрабатываемость.

Титан относится к числу элементов, образующих в стали труднорастворимые карбиды не переходящие в твердый раствор даже при нагреве до 1250 - 1300 °С. Вследствие этого при закалке с относительно низких температур большая часть титана остается связанной в виде карбидов и лишь незначительная его часть переходит в твердый раствор. Проявляя зародышевое действие и ввязывая углерод в карбиды, титан оказывает отрицательное влияние на прокаливаемость стали. Часть титана, перешедшая в твердый раствор, увеличивает прокаливаемость. Влияние титана на прокаливаемость стали зависит от его содержания, от температуры закалки и от присутствия других элементов.[5] Одновременное введение в сталь хрома и марганца повышает её прокаливаемость и прочностные свойства.

Легированные стали хромом, никелем, марганцем применяют для изготовления высоконагруженных зубчатых колес. [1]

заготовка термический зубчатых цементация



1.4 Выбор и обоснование режима термической обработки

Варианты технологии термической обработки определяются маркой стали, модулем шестерни и необходимой эффективной толщиной.

Характеристики заданной марки стали были рассмотрены выше.

Рассчитаем модуль шестерни m по формуле

m=Dделит.окр./N

где Dделит.окр= 405мм

отсюда,

m = 405/ 68= 5,9 ? 6

Определим эффективную толщину упрочненного слоя ?эф, то есть расстояние от поверхности до зоны с контрольной твёрдостью (обычно HRC 50) в зависимости от модуля: при m в пределах 6,0…10мм ?эф соответствует значению 1,2±0,3мм. При ?эф >1 используют цементацию.

Согласно заданию, деталь из стали 20ХНР после окончательной термической обработки должна соответствовать следующим требованиям:

Сталь	Твердость
	Поверхность, HRCэ	Центр, HB
20ХНР	>57	300…340

Маршрутная технология:

- штамповка/ковка

- термическая обработка заготовок

- механическая обработка

- подготовка поверхности деталей к последующей термической обработке

- окончательная термическая обработка

- окончательный контроль

Целью термической обработки является получение заданных физико-механических свойств материала зубчатых колес под действием различных температур скоростей охлаждения, вследствие чего изменяется структура; при химико-термической обработке предварительно изменяется химический состав поверхностного слоя.

Предварительная термическая обработка заготовок (отжиг, нормализация) применяется для получения микроструктуры, обеспечивающей оптимальную обрабатываемость при механической обработке.

После предварительной термической обработки и нарезания зубьев колеса подвергаются упрочнению - закалке с отпуском или химико-термической обработке. [7]

Термическая обработка заготовок.

После ковки, штамповки перед механической обработкой заготовки проходят предварительную термическую обработку для улучшения технологичности стали в процессе изготовления деталей обработкой резанием или холодным пластическим деформированием.

Чтобы обеспечить однородную структуру металла, хорошую обрабатываемость резанием, незначительную и стабильную деформацию зубчатых колес при цементации и закалке, заготовки перед механической обработкой должны иметь однородную феррито-перлитную структуру с равноосными зернами и определенным соотношением твердости этих структурных составляющих. Не допускается наличие в структуре продуктов промежуточного превращения и сплошных включений карбидов по границам зерен. [2]

Металл заготовки с пониженной твердостью прилипает к режущему инструменту, при этом шероховатость поверхности ухудшается. Слишком твердый материал вызывает повышенный износ инструмента.

Учитывая большую неоднородность металла в состоянии поставки, неравномерное охлаждение заготовки после ковки и другие факторы необходимая феррито-перлитная структура образуется при изотермическом отжиге. [1]

Изотермический отжиг заключается в нагреве стали выше линии Ас3 на 30-50°С, охлаждении до температуры ниже Ас1 на 50-100°С и выдержке при данной температуре до полного превращения аустенита в перлит, после чего заготовки медленно остывают в печи до 100 °С.[Гутнов Общая металлургия]

Особенности изотермического отжига при ПТО шестерен:

1. Время выдержки при температуре аустенитизации составляет приблизительно 1 час. Увеличение температуры нагрева повышает устойчивость переохлажденного аустенита и не обеспечивает его распада по перлитному механизму при последующей изотермической выдержке за технологически приемлемое время [2].

2. Охлаждение от температуры аустенитизации должно быть ускоренным (в течение 4-12 минут) и осуществляется потоком подогретого примерно до 350°С воздуха в специальных камерах агрегатов изотермического отжига. При более медленном охлаждении после завершения изотермического распада возникает полосчатая феррито- перлитная структура, связанная с направлением предварительной деформации, что при резании ухудшает чистоту обрабатываемой поверхности. Полосчатая феррито-перлитная структура недопустима в тех случаях, когда ширина ферритных полос превышает 50мкм.[7] Кроме этого замедление подстуживания увеличивает разность твердости перлита и феррита.

3. Время выдержки зависит от марки стали и определяется временем, необходимым для завершения распада аустенита и некоторой коагуляции карбидов. Для данной стали выдержка составляет примерно 2 часа[1].

Выбранный режим изотермического отжига для шестерен из стали 20ХНР заключается в следующем:

1. Нагрев садки на температуру аустенитизации:

Тн= Ас3+40°С= 830°С+40°С=870°С

2. Выдержка при температуре аустенитизации приблизительно 1 час: ?выд1?60мин

3. Охлаждение до температуры изотермического отжига:

Тио= Ас1 - 100°С= 740°С - 100°С =640°С

Принимаем время охлаждения: ?охл?7мин

Следовательно, скорость охлаждения:

Vохл=( Тн - Тио)/10мин = (870°С - 640°С)/7мин = 33°С/мин

4. Выдержка при температуре изотермического отжига:

Так как для стали 20ХНР нет диаграмм распада переохлаждённого аустенита, обратимся к её заменителю - стали 20ХН. Присутствие бора в 20ХНР увеличивает степень устойчивости переохлажденного аустенита и сдвигает на диаграмме начало перлитного превращения вправо, тем самым увеличивая время выдержки при изотермическом отжиге относительно времени последнего в стали 20ХН. Таким образом, если для 20ХН ?выд2 будет равно примерно 2 часа, то для 20ХНР принимаем: ?выд2 = 3часа.

Изотермическая диаграмма распада переохлажденного аустенита стали 20ХН

5. Охлаждение после выдержки с печью до 100°С и далее охлаждение на воздухе.

Термическая обработка зубчатых колес.

Так как нам необходима высокая поверхностная твердость (HRC 58-60) и вязкая сердцевина, поэтому мы ориентируемся на применении химико-термической обработки. Методами химико-термической обработки упрочняется преобладающее количество ответственных тяжелонагруженных зубчатых колес с модулем 3-10 мм, используемых в коробках передач и трансмиссиях автомобилей, тракторов и других машин. Достоинствами такой обработки является возможность получения весьма высоких пределов выносливости при изгибе (до 1000 МПа) и контактных нагрузках (до 2300 МПа), а также высокой износостойкости.[2]

Непосредственно перед цементацией детали должны быть сухими и чистыми, без следов масла, жира, смазочно-охладительных жидкостей. Поэтому необходима промывка в горячем мыльном растворе, и сушка горячим воздухом. В крупносерийном и массовом производстве, особенно для обработки автомобильных зубчатых колес, наиболее часто применяют цементацию в газовой среде. При цементации колес необходимо предохранить отдельные поверхности от насыщения углеродом. Экономичным и простым методом изоляции является двукратное нанесение на поверхность изделия пасты на основе жидкого стекла с последующей сушкой при 100- 120 °С, толщина слоя 1.0-2.0 мм. Так как этот способ не достаточно надежный, то мы используем омеднение поверхности.[7]

При цементации зубчатые колеса нагревают до температуры 890 - 960 °С в атмосфере, содержащей углеродистые газы. Сталь 25ХГМ нужно нагревать до температуры 930°С в контролируемой атмосфере на основе эндогаза с добавлением природного газа в количестве 2-4 %. Время насыщения зависит от глубины цементованного слоя, в нашем случае при модуле 4 цементованный слой должен составлять 0,8±0,3 мм.[2] Пользуясь таблицей определения времени выдержки в зависимости от глубины цементованного слоя, определяем, что время выдержки составляет приблизительно 2,5 часа, учитывая нагрев садки до заданной температуры примерно 30 минут, получаем 3 часа.

Затем производим охлаждение садки в контролируемом коридоре с защитной атмосферой (продукты сгорания) до 400 °С, затем производим нагрев под закалку (t=800 °C) в течение 35 минут, охлаждение делаем в горячее масло, время охлаждения в закалочном баке 15 минут. После чего необходима промывка в мыльном растворе в течение 5-10 мнут. Далее низкий отпуск при температуре 190 °С в течении 2 часов, с последующим охлаждением на воздухе.

1.5 Контроль качества цементованных деталей

При контроле микроструктуры необходимо учитывать, что структура слоя после химико-термической обработки должна состоять в основном из мартенсита и некоторого количества остаточного аустенита. При этом в цементованных деталях допускается не более 25 % остаточного аустенита. В сердцевине цементованного зубчатого колеса структура должна состоять из бейнита или малоуглеродистого мартенсита.

Допустимые пределы отклонения структуры цементованного слоя устанавливают в соответствии с принятыми на заводах шкалах балльности, которые разрабатывают применительно к конкретным условиям производства и назначению изделия.[7]

Вид брака при цементации и способы их устранения:

Вид брака	Причины возникновения	Способы устранения
Чрезмерно большая глубина цементованного слоя	Завышенная продолжительность выдержки при цементации; высокая температура цементации; неравномерная температура в печи	Устранить причины вызывающие брак; при завышенной глубине цементации брак неисправим
Заниженная глубина цементованного слоя	Недостаточная продолжительность выдержки при цементации; заниженная температура цементации; применение слабого углеродного потенциала; неравномерная температура в печи	Соблюдение технологического процесса
Повышенная концентрация углерода в цементованном слое	Применение сильного углеродного потенциала; завышенная продолжительность выдержки при цементации	То же
Пониженная концентрация углерода в цементованном слое	Применение слабого углеродного потенциала	Тщательная дозировка цементующих веществ
Неравномерная глубина цементованного слоя	Зажиренная и грязная поверхность изделия; отложение сажи при газовой цементации	Очистка поверхности изделий перед цементацией; тщательная дозировка цементующих веществ
Хрупкость (выкрашивание поверхностного слоя)	Применение активного углеродного потенциала; завышенная продолжительность выдержки	Снижение активности углеродного потенциала; соблюдение технологического процесса
Трооститная полоса или сетка	Внутреннее окисление; недостаточное насыщение поверхности углеродом; недостаточная скорость охлаждения при закалке; неправильно выбрана сталь (недостаточная прокаливаемость)	Соблюдение технологического процесса. Использовать сталь с пониженным содержанием хрома и марганца (не более 1 % каждого), дополнительно легированных молибденом (0,4-0,5 %)
Сетка цементита	Неравномерный углеродный потенциал при насыщении	Поддержание требуемого углеродного потенциала атмосферы
Высокое содержание остаточного аустенита	Неправильная термическая обработка. Неоптимальный режим цементации (перенасыщение поверхностного слоя углеродом, завышенная температура цементации или последующей закалки)	Подобрать правильный режим термической обработки.
Выделения феррита в виде сетки или отдельных включений	Некачественная исходная структура	Правильный выбор температурно-временных режимов горячей пластической деформации и последующего охлаждения заготовок, повышение температуры и длительности нагрева при цементации или закалке, увеличение скорости охлаждения при закалке

1.6 Деформация зубчатых колес при термической обработке

При термической обработке зубчатых колес происходит их деформирование, которое обусловлено структурными превращениями, связанными с изменениями объема, а также возникновением тепловых напряжений, вызывающих изменения формы колес. Зубчатые колеса массового производства, используемые в автомобилях, тракторах и других машинах, не подвергают дополнительной механической обработке зубьев после химико-термической обработки, в связи, с чем необходимо стремиться максимально ограничить их деформацию при насыщении и термической обработке. Деформация определяет точность зацепления и в связи с этим уровень шума и долговечность шестерен в эксплуатации. Основными мерами по уменьшению деформации являются:

1. Качественная предварительная обработка заготовок.

Установлено, что источником деформации могут быть внутренние напряжения от обработки резанием. Они наиболее заметны при нарезке зубьев некачественным (затупленным) инструментом либо при некачественной исходной структуре заготовок, ухудшающей условия резания. Поэтому, особенно при массовом производстве, создание оптимальной исходной структуры путем предварительной термической обработки приобретает важное значение.

2. Применение непосредственной закалки с подстуживанием вместо закалки с повторного нагрева в 1,5--2 раза сокращает деформацию.

3. Применение ступенчатой закалки шестерен в горячем масле или расплавах солей. Обычно рекомендуется охлаждение в средах с температурой 150--190 °С, что примерно на 20 °С выше температуры начала мартенситного превращения в цементованных сталях. При ступенчатой закалке деформация шестерен снижается в 1,5-2 раза по сравнению с обычной закалкой (в холодном масле).

4. Ограничение массы садки (обычно не более 100 кг на поддон), правильное размещение деталей в приспособлениях (на поддонах), исключающее их деформацию под собственной массой и обеспечивающее однородность условий нагрева, насыщения и охлаждения всех деталей садки, сохранение постоянства положения деталей на протяжении всего цикла химико-термической работки.

6. Закалка в штампах. Существует большая номенклатур зубчатых колес сложной конструкции, весьма чувствительных к короблению. Требуемая точность обеспечивается только при закалке в принудительно фиксированном состоянии (в штампах закалочных прессов). [2]

1.7 Методы и средства контроля зубчатых колес

В современных машинах и механизмах зубчатые передачи должны иметь меньшие размеры, большую прочность, вращаться с более высокой скоростью, плавно и бесшумно и быть взаимозаменяемыми. Эти требования могут быть удовлетворены с помощью зубчатых передач высокой точности. Высокое качество зубчатых колес можно обеспечить при условии применения правильных методов и средств контроля, а также систематического контроля на протяжении всего технологического цикла изготовления, включая контроль базовых поверхностей заготовок, зубчатых колес после зубофрезерования, зубодолбления, зубошевингования, термической обработки, финишных операций и сборки.

Зубчатые колеса обычно проходят три этапа контроля: производственный, лабораторный и окончательный (приемочный).

Производственный контроль осуществляется непосредственно на участке зубообработывающих станков рабочим или наладчиком. После зубофрезерования и зубодолбления на приспособлениях в плотном двухпрофильном зацеплении обрабатываемого колеса с измерительным проверяют размер зубьев, колебание измерительного межосевого расстояния за оборот колеса и на одном зубе, припуск под шевингование и шероховатость поверхности - визуально.

После шевингования кроме размера зубьев и колебания межосевого расстояния за оборот и на одном зубе дополнительно проверяют форму и расположение пятно контакта, уровень шума на контрольно-обкатном станке и более тщательно шероховатость поверхности зубьев.

Производственный контроль позволяет быстро и на простом приспособлении определить размер и суммарные погрешности в зубчатом зацеплении на первом этапе его изготовления.

Лабораторный контроль предназначен для управления точностью технологического процесса путем измерения отдельных параметром зубчатого колеса и оперативного устранения производственных неполадок.

Для контроля степени деформации зубьев в процессе термической обработки измерения проводят на двух зубьях, расположенных под углом 180°. Эвольвенту зуба измеряют в трех сечения по длине зуба (середине и двух крайних), а направление в трех сечениях по высоте (середине, головке и ножке).

Окончательный контроль зубчатых колес осуществляется после полной механической и термической обработки. Эта стадия контроля является заключительной, здесь решается вопрос, принимать или браковать зубчатое колесо. Выбор основных параметров и средств при окончательном контроле обычно определяет завод-изготовитель зубчатых колес в зависимости от назначения передачи.

Применяют несколько методов окончательного контроля цилиндрических зубчатых колес. Для колес обычной точности при малом выпуске комплексный двухпрофильный контроль является достаточным средством проверки качества. Ошибки различных параметров зубьев оценивают одним показателем - колебанием измерительного межосевого расстояния. Погрешности шага, профиля и направления зуба контролируют выборочно на отдельных приборах.

При однопрофильном контроле на контрольно-обкатном станке проверяемое зубчатое колесо устанавливают в паре с измерительным или сопряженным колесом на номинальном или несколько меньшем межосевом расстоянии. При этом методе контролируют боковой зазор, расположение пятна контакта на зубьях и уровень шума. При окончательном контроле зубчатые колеса обычно проходят 100 %- ную проверку.[1]

2. Выбор оборудования

В массовом производстве для термической обработки изделий широко применяются механизированные и автоматизированные поточные линии и агрегаты. Это дает возможность соблюсти технологический процесс, исключить ручной труд, сократить расход энергии, снизить себестоимость обработки при высоком качестве продукции.

Термическую обработку зубчатых колес согласно выбранному режиму термической обработки, следует проводить на поточном толкательном цементационно-закалочном агрегате, с однотипным оборудованием.

В состав агрегата входит следующее оборудование: безмуфельная печь для газовой цементации, коридор для охлаждения в контролируемой атмосфере, закалочная печь, механизированный закалочный бак, моечно-сушильная машина, отпускная печь и транспортные средства.

2.1 Поточная толкательная печь для цементации

Конструктивно безмуфельные толкательные печи состоят из трёх узлов: загрузочного и разгрузочного шлюзов (тамбуров) и собственно печной камеры. Выдача обработанных деталей может производиться в закалочный бак, охладительный коридор с защитной или воздушной средой или просто на воздух, например, при закалке в прессе.

В нашем случае необходима нормализации, и лишь потом закаливать со специального нагрева. В нашем случае печь имеет по длине две тепловые зоны: нагрев, насыщение и диффузия.

На многих заводах установлены цементационные печи конструкции ЗИЛ с муфелированием пламени в вертикальных радиационных трубах 6 диаметром 102 мм и непосредственной закалкой в баке 14 с горячим маслом. Герметичность загрузочного тамбура 4 достигается с помощью колпака 3. Поддоны с деталями подаются под колпак через отверстие внизу тамбура гидравлическим подъемником 2.

Детали вводятся под колпак, а отверстие тамбура закрывается площадкой подъемника. В печь со стороны разгрузочного тамбура подается винтовым вытаскивателем 15 специальная лопата 10. Колпак 3 и заслонка 5 поднимаются, и поддон с деталями из загрузочного тамбура гидравлическим толкателем 1 подается в печь, а последний, правый поддон сталкивается на лопату. Далее из бака 14 поддон с ранее закаленными изделиями вынимается платформой 9 на уровень пода печи. Лопате сообщается возвратное движение, при котором она сталкивает поддон с закаленными изделиями на платформу 11 бака 13 с холодным маслом, а поддон с нагретыми деталями оставляет на платформе 9. После чего обе платформы погружаются в баки, а колпак и заслонки закрываются. Платформа 11, опускаясь, устанавливает поддон на направляющие, по которым он передвигается винтовым толкателем 12 на вторую платформу бака. Эта платформа поднимает поддон, направляет его в моечную машину и отпускную печь 16. Поддон разгружается, заполняется новыми деталями и подается на платформу подъемника 2.

Цементационная печь имеет четыре зоны: нагрева, выдержки, охлаждения до 820 °С и подогрева перед закалкой до 860 °С. Цементирующей средой служит смесь природного и городского газа с эндогазом. Общий ее расход около 30 м3/ч. Нагревательные вертикальные радиационные трубы, изготовляемые из стали Х18Н25С2, имеют вверху ножи, входящие в песочные затворы печи, коробки которых охлаждаются водой. Дымовые газы из радиационных труб отводятся по секциям через коробки 7 в общий трубопровод. Для усиления циркуляции газов через свод печи устанавливаются вентиляторы 8. Описанная печь имеет такие недостатки: сложную конструкцию тамбура выдачи (два масляных бака, три подъемные платформы, выдающая лопата, приводимая в движение двумя винтами); вентиляторы, работающие как мешалки, не создают, направленного потока газов; электродвигатели вентиляторов находятся в зоне повышенной температуры; отпускная печь имеет внешнюю циркуляцию газов.

На рисунке 3 приведена схема более простой цементационной печи с аналогичной теплотехнической конструкцией. Расположенные в поду центробежные вентиляторы 2 отсасывают газы из печи и направляют их к стенкам. Газы, поднимаясь, омывают радиантные трубы 3 и нагревают их. Внизу устраивают приямок для обслуживания горелок и ремонта вентиляторов. Разгрузочный тамбур 4 представляет собой металлическую коробку, края которой погружены в бак с горячим маслом. Поддоны из печи в тамбур выдаются лопатой 5 с помощью гидравлического или цепного вытаскивателя. Детали во вторую линию подают размещенным в баке рычажным механизмом типа качели. Поддоны с деталями загружаются аналогичным механизмом в баке, заполненным моечным раствором. Это позволяет герметизировать тамбур с помощью гидравлического затвора. По печи поддоны движутся гидравлическим толкателем.

Рисунок 3 - Толкательная печь с муфелированием пламени в вертикальных радиационных трубах

2.2 Закалочный бак

В баке цементировочной печи автозавода им. Лихачева (рисунок 5) изделия закаливаются и передаются с помощью двух платформ 1 и 4 гидравлическими подъемниками 2 и 3 и винтовым толкателем 6. Поддон с изделиями выдается из печи на платформу 1. Опускаясь в бак 5, платформа устанавливает поддон на направляющие, по которым он передвигается винтовым толкателем 6 на платформу 4. Последняя, поднимаясь из бака, доставляет поддон с изделиями на вторую параллельную линию.

Упростить передачу поддонов с изделиями после закалки во второй ряд позволяет бак с рычажным механизмом (рисунок 6). Две пары рычагов 2 шарнирно закрепляются на столике 1 с помощью пальцев в подшипниках 8 бака. С одной стороны на концы пальцев неподвижно насаживаются две одинаковые шестерни 3, приводимые во вращение через третью шестерню 4 и рейку 5 от гидравлического цилиндра 6. Масса столика уравновешивается грузами 7, закрепленными на конце рычагов 2. Начальным его положением является самое нижнее (в этом положении изделия закаливаются). Оно фиксируется под действием тяжести поддонов с изделиями. Герметизация бака достигается гидравлическими затворами. Правое выдающее отверстие бака закрывается крышкой, которая может открываться вертикальными стойками, укрепленными на столике.

Рисунок - 5 Закалочные баки, используемые в П-образных агрегатах



Рисунок - 6 Закалочный бак с рычажным механизмом (типа качели)

Заключение

В курсовой работе для изготовления тяжелонагруженных зубчатых колес выбрана сталь 25ХГМ, разработана технология термической обработки.

Выбрано технологическое оборудование для проведения термической обработки. Цементация, нагрев под закалку и отпуск проводится в топливных толкательных печах.

Список использованных источников

1 Калашников С.Н., Калашников А.С. Зубчатые колеса и их изготовление - М.: Машиностроение, 2014 - 264с.,ил.

2 Технология термической обработки стали. Учебник для вузов. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. М.: Металлургия, 1986. 424с.

3 Соколов К.Н., Технология термической обработки и проектирование термических цехов: учебник / К.Н. Соколов, И.К. Коротич. М.: Металлургия, 1988, 384 с.

4 Марочник сталей и сплавов. 2-е изд. допол. и исправ./А.С. Зубченко,М.М. Колосков, Ю.В. Каширскийи др. Под общ.редакцией А.С. Зубченко- М.:Машиностроение,2010.784с.

5 Прокаливаемость стали. Качанов Н.Н. - 2-е изд. - М.:Металлургия, 1978. 192 с.

6 Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана: Справочник термиста. Попова Л.Е., Попов А.А. 3-е изд.,перераб и доп. М.:Металлургия, 1991, 503с.

7 Производство зубчатых колес: Справочник/ С.Н. Калашников, А.С. Калашников, Г.И. Коган и др.; Под общ. Ред. Б.А. Тайца - 3-е изд., перераб. и допол. - М.: Машиностроение, 1990. - 464с.: ил. ISBN 5-217-00398-7

8 Оборудование термических цехов. Соколов К.Н. - 2-е изд., перераб. и доп. Киев; Донецк: Вища школа. Головное издательство, 2014. - 328с.

Приложение

Таблица-1 Глубина цементованного слоя при газовой цементации

Продолжительность выдержки, ч	Глубина цементованного слоя, при температуре, °С
	820	850	875	900	925	950	975	1000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	0,30 0,42 0,53 0,60 0,70 0,76 0,78 0,86 0,90 0,96 1,02 1,04 1,09 1,14 1,20 1,22 1,27 1,30 1,35 1,37 1,40 1,42 1,47 1,50 1,52	0,38 0,53 0,63 0,74 0,80 0,91 1,00 1,04 1,12 1,17 1,22 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,52 1,57 1,62 1,68 1,70 1,75 1,77 1,83 1,85	0,45 0,63 0,80 0,89 0,99 1,09 1,19 1,27 1,35 1,42 1,50 1,55 1,62 1,68 1,73 1,80 1,85 1,90 1,96 2,00 2,06 2,10 2,15 2,20 2,23	0,53 0,76 0,94 1,07 1,20 1,32 1,42 1,52 1,60 1,70 1,78 1,85 1,93 2,00 2,10 2,13 2,20 2,29 2,34 2,39 2,46 2,51 2,54 2,62 2,66	0,63 0,90 1,10 1,27 1,42 1,55 1,68 1,80 1,90 2,00 2,11 2,21 2,29 2,39 2,47 2,54 2,55 2,69 2,70 2,80 2,90 2,96 3,05 3,10 3,16	0,75 1,00 1,30 1,50 1,68 1,83 1,98 2,10 2,23 2,36 2,46 2,50 2,54 2,80 2,80 2,85 3,05 3,17 3,30 3,31 3,41 3,50 3,55 3,65 3,70	0,85 1,22 1,50 1,75 1,96 2,13 2,30 2,46 2,55 2,80 2,80 3,05 3,06 3,30 3,38 3,50 3,55 3,72 3,81 3,89 3,98 4,06 4,17 4,29 4,33	1,00 1,42 1,70 2,00 2,25 2,46 2,55 2,80 3,00 3,20 3,35 3,55 3,56 3,80 3,92 4,05 4,17 4,32 4,40 4,55 4,62 4,73 4,83 5,00 5,10

Размещено на Allbest.ur