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大齿轮粗开齿正火代替调质工艺

来源:高频焊机|中频熔炼炉|熔铜炉|高频淬火机  浏览:1,821 views  发布时间:2018-05-19

二、三次制粒机是某钢铁公司生产的产品,大齿轮是传动装置的关键部件,其中大齿轮材质选用ZG35CrMo铸造合金钢,规格为Φ6390/Φ5440×830mm(m=45、z=140),净重27700kg。图样技术要求:调质,齿面硬度200~255HBW。大齿轮采取两半齿轮分体式组合结构,

如图1所示。

大齿轮调质

 

1.大齿轮调质存在的问题及解决对策

模数45、齿数140、直径6m以上的铸造合金钢大齿轮进行调质处理,会存在以下问题:

 

(1)调质后的变形问题,上下端面、径向都会产生变形,出现较大的变形和扭曲。

 

(2)由于调质时变形量过大,为保证加工,热处理前留有较大加工余量,在铣齿过程中,淬硬层被加工掉,就不能充分发挥调质的作用。

 

(3)大型铸件进行调质,由于成分偏析,硬度分布不均匀,波动较大,局部会出现硬度过高现象,会造成加工困难,生产周期不能保证,加工费用随之增加。

 

(4)大模数齿轮采用粗车外圆后调质,由于受到钢材淬透性的限制,往往在齿根部位不能获得要求的调质组织和硬度。

 

为了解决大齿轮调质过程中出现的问题,考虑到正火、回火硬度均匀、变形量小、操作简单的优势,决定采用粗开齿正火、回火代替调质。

 

2.工艺试制方案及实施

(1)化学成分的设计

大齿轮材质为ZG35CrMo,化学成分如表1所示。该材料含碳量及合金元素含量均较低,如果采用正火、回火工艺方法达到硬度和淬硬层深度要求,就必须严格控制化学成分。钢中碳含量的多少是决定淬硬性的主要元素,所以要求大齿轮的碳含量要控制在中上限。Cr、Mo两种合金元素是提高淬透性的主加元素,要求Cr、Mo含量也要在中上限。

大齿轮调质

 

铸造时按上述要求进行配料、浇铸,以确保热处理正火、回火后大齿轮性能达到技术要求。大齿轮化学成分见表2。

大齿轮调质

 

(2)正火、回火工艺参数的制定

根据大齿轮化学成分制定正火、回火工艺,齿轮正火、回火工艺曲线见图2。

大齿轮调质

 

(3)确定加工余量

既要保证大齿轮齿面硬度分布均匀,齿根有足够的强度和硬度,又要防止正火、回火产生的变形对后续加工的影响,保证精铣齿加工,确定正火、回火前加工余量:端面每面16mm,径向每面18mm,齿侧面15mm,齿底30mm。

 

(4)正火、回火工艺的实施

为减小大齿轮在加热和冷却过程中的变形,保证加热和冷却的效果,大齿轮装炉过程控制采取以下措施:在装炉时,两个半齿轮上下摆放,两个半齿轮端面之间用大小形状相同的垫铁垫起,保证两半齿轮上下端面对齐;拉筋处要用耐火砖垫实,防止拉筋处在加热时下沉引起齿轮变形;为保证两个半齿轮的硬度均匀,将含碳量低的那半半齿轮放在上面,这样能够确保含碳量低的半齿轮在冷却时有足够的冷却速度,保证两个半齿轮硬度相近。

 

为了使齿面硬度达到技术要求,就要增大冷却速度,采用多台风机进行风冷。采用高矮不同的两种风机,即高的风机吹上半齿轮,矮的风机吹下半齿轮,高矮风机穿插摆放。每台风机距齿轮外圆面的距离相同,风要平吹到齿面上,使整个齿面冷却均匀。

 

大齿轮出炉风冷时,10台风机同时吹风进行风冷,风机要对准齿面外圆平吹,保证风冷时间达到6h以上。

 

(5)尺寸检查

记录下大齿轮热处理前、后的尺寸,进行比较,以便掌握热处理前、后齿轮的变形情况。齿轮自检记录见表3。

大齿轮调质

 

根据以上自检数据可以看出大齿轮经正火、回火前后变形量不大。到加工现场跟踪划线、机加工过程,认定大模数齿轮粗开齿正火、回火后变形量能够保证精铣齿加工。以上结果证明粗开齿正火、回火前的加工留量合适。

 

(6)硬度检测

正火、回火后,对大齿轮进行硬度检查,每件半齿轮检查5点,采用布氏硬度检测(锤击式),检测部位为齿轮的端面,检测结果见表4。大齿轮粗开齿正火、回火后的硬度处于210~265HBW之间。齿轮精铣齿后复检硬度,采用里氏硬度计(G头),检测部位为齿顶及齿侧,检测结果见表5。大齿轮精铣齿后的硬度处于200~240HBW之间,能够满足技术要求。

大齿轮调质

 

(7)力学性能测试

对正火、回火同炉试棒进行力学性能测试,试棒力学性能如表6所示,试验结果与JB/T6402-2006标准中调质的力学性能数据进行对比,正火、回火试棒性能与标准中要求的调质性能相当。

大齿轮调质

 

3.结语

(1)采用粗开齿正火、回火代替调质工艺,完全可以满足技术要求,齿面硬度达到200~255HBW,强度也能够达到调质水平。

 

(2)该工艺采用粗开齿正火、回火,减少了对开大齿轮齿顶、齿侧的硬度差,且齿面硬度分布均匀。

 

(3)该工艺的实施,解决了调质后大齿轮变形大、校型难的问题。

 

(4)该工艺的实施,解决了调质后存在硬点不易加工的问题,缩短了加工周期。

 

(5)该工艺的实施,有效的防止了在调质时出现的硬度不均,在使用时易出现点蚀的现象。

 

(6)该工艺操作简便,不需要专用的大水槽和大油槽,也不需要专用的吊装治具,只要有台车式的电阻炉或燃气炉,都可实现。节约能源,减少污染,易推广。

 

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