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        QPQ表面處理

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        齒輪的小公差QPQ處理

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        齒輪的小公差QPQ處理

        發布日期:2018-04-03 作者: 點擊:

          QPQ處理-對于大功率傳動裝置來說,齒輪材料的Z佳綜合性能可通過在較軟和較有韌性的材料上形成表面硬化層來獲得。鋼是理想材料,因為它能用很多方法來進行表面硬化Z廣泛使用的方法是表面滲碳硬化,該方法將整個工件加熱到奧氏體溫度范圍并處于高碳勢的氣氛中,以使其獲得表面滲碳層,隨后經淬火和回火處理,可得到很高的表面硬度。


          作為DavidBrown公司的熱處理人員,我們越來越關注變形的不可預測性,因為我們的設計者和工程師對公差的要求越來越嚴格,尤其是對批量很小的大型齒輪。


          多年來,通過在各類齒輪上進行的大量檢測,獲得了規定變形和脹大的許可值和驗收標準,所有這些現在己被結合到我們的CAD/CAM系統中,并利用CAD/CAM進行計算,作為設計過程的一部分。


          現在,變形在美國、日本和英國等國家中是一些主要項目的研究對象本文概述了我們在這方面所取得的進展2變形和脹大因為齒輪是Z精密的工程零件之一,其公差以微米計,如表1所示,所以變形和脹大在制造中是決定性因素表1典型螺旋齒輪公差舉例齒數模數齒面寬Z大誤差和m相鄰周節誤差累積周節誤差夕卜形誤差齒向直接淬火滲碳周期的主要步驟大的截面變化和高的加熱速度使工件內產生足夠高的溫度場梯度和應力,導致塑性形變加熱通過奧氏體轉變區(從Aci到Ao這個轉變伴隨著體積收縮,使尺寸和形狀均發生變化變化的大小取決于工件的幾何形狀和尺寸。


          爐內零件直接受高溫輻射的部分會產生大的溫度梯度在滲碳溫度下保溫這時工件的屈服強度很低,由于自重和堆放在其上面工件重量的影響,通過松馳、蠕變而延伸變形。


          冷卻到均勻化溫度并保溫爐內負荷邊緣處的工件通過熱輻射散熱會引起較大的溫度梯度淬火冷卻或在空氣中緩慢冷卻至室溫可能發生的變形復雜多樣,這取決于所發生的奧氏體相變類型,而相變類型又由冷卻速度決定。


          如果必須這樣做,那么變形的可能性會加,因為這使工件再次轉變成奧氏體,而后又從奧氏體轉變成馬氏體或其它組會織與淬火介質有關的很高的熱交換系數使工件中產生在整個工藝過程中Z大的溫度梯度和組織轉變梯度。


          在該階段,工件內的應力會降低,馬氏體組織發生一些變化,并會產生少量的變形這些變化在工件的小截面部分更容易發生。


          3影響變形和脹大的因素


          3.1設計所有的零件的設計都必須既考慮零件的用途又考慮零件的制造工藝滲碳齒輪的設計尤其需要仔細權衡這兩個方面的需要。


          3.2鋼的等級和狀態有少數滲碳鋼會帶來麻煩,引起反常的、不可預測和不可控制的變形835M15和S156(4%Ni,Cr,Mo)就是具體例子,原因是它們的合金含量很高。


          材料在機加工前的狀態是非常重要的,正火加低溫退火狀態通常被認為是Z好的低溫退火尤為重要,因為它不是為了軟化或均勻化材料,而是消除正火造成的內應力。


          3.3機加工大量切削材料,而且可能是快速地和選擇性地切削,將會產生很大的殘余應力。當它在加熱至滲碳溫度的過程中被釋放掉時,將會導致變形


          3.4支撐和裝爐工件在滲碳爐內正確的放置。是一個關鍵,否則工件由于自重的作用會發生松馳和蠕變爐內工件合理的支撐和分布可減小工件間的溫度梯度,從而降低各零件間的性能差異。


          3.5滲碳工藝參數滲碳溫度下保持的時間是一個重要因素,它取決于滲碳層深要求齒的尺寸加倍,則層深也要加倍,滲碳時間也要加3倍,滲碳時間的延長會加工件在高溫下的松馳和蠕變。


          3.6淬火淬火主要是為了獲得表面硬化層然而,由于淬火時溫度的變化速率比工藝過程中任何其它階段都要大一至兩個數量級,所以會在工件中產生大的溫度梯度和組織轉變梯度,使工件產生很大的變化。


          4典型的變形和脹大典型的形狀可以用幾個尺寸來描述,它們包括:


          4.1盤形齒輪常用的盤形齒輪的變形規律常常是可以預測常用盤形齒輪的變形輪齒也會改變其位置、排列和形狀,如所示,而且這些變化可以不受齒輪整體變形的影響人們己充分認識到螺旋角的變化是輪齒變形中的一個潛在的嚴重問題,但是周節累積誤差會成為更嚴重的問題,卻因為其常常被其它變形所掩蓋而沒有引起充分的注意。


          4.2內齒圈假如內齒圈在滲碳爐內正確地放置,這類齒輪的變形也是可以預測的否則,不平度及相關的橢圓度將會帶來嚴重的后果這可能包括加磨削時間、外抒/m齒圈形狀的定義/mm加切削量減小硬化層厚度或過高的廢品率5齒輪變形和脹大的變化通常,關鍵因素不在于所發生變形的類型或平均值,而在于變形的變化程度盤形齒輪外徑錐度與外徑的關系,以有類似的外徑脹大、橢圓度等與外徑的關系使我們可以建立驗收標準例如,外徑錐度的Z大容許值為外徑的0.米夕卜徑),因為我們己經計算出,對于齒數少于100的齒輪,在上述容許范圍內可以正常地完成輪齒的磨削,不存在什么嚴重的問題己經并繼續在開發進一步的技術,以使各種變形保持在制定的標準范圍內外徑錐度是外徑的函數6控制齒輪的變形和脹大6.1加工余量的確定通過對所用齒輪幾何形狀和尺寸的現有數據合理分析并不斷補充新數據,我們己經能確定直徑Z大達2m的6種形狀齒輪的加工裕量,這些基本形狀的定義如所示。


          通過這種方式,我們己經把確定的加工余量數據輸入到CAD/CAM軟件中。這些軟件就可自動計算出滾齒尺寸,以保證熱處理后磨削出Z終需要的尺寸。


          6.2校直軸齒輪的軸線彎曲量沿它們的長度變化(如所示),用戶一般要求它們的直線度在0.125mm以內。我們在實踐中己經能夠保證淬火以后整個長度的非直線度小于Q75mm/m因此如有必要,所有的軸齒輪要在專用的校直機上采用兩端中心孔定位旋轉,以進行校正。這種校直機可進行大批量全自動處理。


          6.3控制變形6.3.1螺旋傘齒輪絕大部分螺旋傘齒輪的輪齒在滲碳硬化以前己經磨好,熱處理以后僅進行研磨拋光以提高表面光潔度。


          因此,熱處理變形控制很重要。傘齒輪對在熱處理時需要嚴格的形狀控制。傘齒輪的不平度和橢圓度公差必須很小。我們Z近重新確定和放寬了這些公差,其例子如所示。


          蝸桿的固有形狀也許使它成為Z難進行滲碳淬火的傳動件由于螺線的根徑相對較小,故需要采取特殊的措施對于大多數蝸桿來說,在熱處理時讓它完全自由懸掛是Z重要的盡管目前采取了這些措施,即使是按大多數嚴格的設計,其整個長度的不直度仍然超過1.25 mm/m為了避免校直時根部的徑向裂紋或開裂的危險,校直的目標為在整個長度上不直度不大于1.0mm/m 6.4控制變形的特殊技巧這些特殊技巧包括:6.4.1修改形狀減小齒輪的尺寸和截面變化,在熱處理之后而不是熱處理之前加工到磨削尺寸會更好。


          在此之前KEVIN系統順利完成了兩個試驗性項目,第一個試驗項目進行的時間為1989~1990年,該項目的內容為SBB(瑞士)客車空調系統(KUR)輔助設備逆變器印刷電路板的維修此后進行具有綜合型目標的第二個試驗性項目,內容為SBB(瑞士)的歐洲城軌客車的維修,時間為199卜1993年該試驗項目的結果如下:障,服務時間);40的故障可在較小的修理廠中排除(縮短維修時間,降低維修費用);一一客戶購買了該研究成果,除在奧爾滕修理總廠使用外,還在巴塞爾使用;在新的項目中,例如IC2000(SBB的雙層車),KEVIN是供貨的組成部分在ABB亨舍爾(Hen-schel)股份公司的范圍內,己制訂了進行其它項目的規劃7前景KEVIN系統目前己按照客戶要求及考慮到經營者的EDV地區,己移植到IBM-PC及兼容機上目前,正在通過綜合型規劃系統(CAPE/C),在機車車輛規劃的早期階段形成應用數據及其說明,它與機車車輛技術診斷的結合具有越來越重要的意義,因為不會發生不必要的額外支出,并且保證了數據的密度。


          將來全部修理廠及控制中心在需要時可以與每輛車聯機(例如,使用無線電),調用全部LCC的有關數據吳月華譯張孝仁校6.4.2工序間去應力先粗加工、去應力,然后磨削加工的工藝將可防止大部分由機加工應力引起的各類變形6.4.3特制支撐工裝這些工裝將是壓淬的一個節省費用的替代辦法,壓淬通常使熱處理費用加一倍。


          6.4.4分級加熱和控制加熱速度可Z大限度地減小溫度梯度和奧氏體轉變梯度所帶來的變形。


          6.4.5相變模擬加熱和冷卻過程中的相變可以用軟件,如DavidBrown公司開發的AC3,來模擬并估測齒輪不同截面處的相變進程,把相變和所觀察到的變形聯系起來,就可以模擬不同幾何形狀材料和熱處理的工件,以幫助選擇具體的方法來減少變形7總結本文針對各種形狀和尺寸的滲碳淬火工件,概述了一個減小熱處理變形的方法將來,除非滲碳鋼在相變中的瞬時機械性能及應力和應變對每一個相變產生影響,作為溫度的函數能由實驗確定下來,否則數學模型是不可能精確地預測變形和脹大的。


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