Материал и термическая обработка зубчатых колес
Основными материалами для зубчатых колес являются углеродистые и легированные стали, -которые термически; упрочняются до высокой твёрдости, марок 45, 20Х, 40Х, 40XH, 35XM и пр.
Основными видами термической обработки зубчатых колес являются: Объемная закалкаявляется наиболее простым способом термообработки колес. Ее недостаткам следует отнести высокую прокаливаемость материала, что уменьшает сопротивление усталости материала при изгибе зубьев. Поверхностная закалкаобеспечивает высокую твердость поверхности зубьев при вязкой сердцевине. Нагрев колес при поверхностной закалке производится в индукторах токами высокой частоты (ТВЧ).
Химико-термическая обработка (ХТО)заключается в насыщении поверхности металла различными химическими элементами. В настоящее время применяются следующие виды ХТО: Цементация- насыщение углеродом стали с последующей закалкой. При цементации обеспечивается высокую твердость поверхности зубьев при вязкой сердцевине. Для цементации применяются легированные стали с низким содержанием углерода: 20Х, 12ХН3А, 20ХНМ, 15ХФ и пр. Азотирование— насыщение стали азотом обеспечивает высокую твердость поверхности зубьев без последующей закалки. Сталями для азотирования являются 38Х2МЮА, 40ХФА, 40ХНА и пр. Зубья после азотирования не шлифуют. В этой связи азотирование применяют для упрочнения колес зубчатых передач с внутренним зацеплением. Недостатком азотирования является длительность процесса (до 60 час.) и малая толщина упрочняемого слоя до 0,5 мм. Нитроцементация- насыщение стали углеродом и азотом с последующей закалкой протекает при более высоких скоростях диффузии (до 0,1 мм/час). Сталями для данного вида ХТО являются 40Х, 18ХГТ и пр.
Стальное литьеприменяют для колес большого диаметра. Литейными марками сталей являются: 35 - 55Л, 40ХЛ, ЗОХГСЛ и пр. Литые колеса подвергают нормализации.
Чугуныприменяют для изготовления зубчатых колес открытых тихоходных передач. Чугуны проявляют хорошую стойкость к заеданию. Поэтому чугунные зубчатые колеса могут работать без смазки. Для изготовления чугунных колес используют серые чугуны марок СЧ25 - СЧ45, а также высокопрочные чугуны с шаровидным графитом.
Методы получения заготовок
Заготовки для зубчатых колес в мелкосерийном производстве изготавливают из проката или свободной ковкой. В крупносерийном и массовом производстве - штамповкой на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Металл перед ковкой и штамповкой нагревают до температуры 1200-1300 градусов.
Рис. 198. Схемы получения заготовок: а — поперечно-клиновой прокаткой, б — горячим накатыванием зубьев цилиндрических колес, в — горячей штамповкой конических колес
Поперечно-клиновая прокатка круглыми валиками или плоскими плашками по сравнению с обьемной штамповкой обеспечивает экономию металла на 10-15%
Горячая объемная штамповка осуществляется на многопозиционных автоматах производительностью 70—180 шт/мин Заготовки не имеют облоя, припуск (на диаметр) под механическую обработку 1,0—1,5 мм На автоматах можно изготовлять заготовки зубчатых колес диаметром до 170 мм из штанги диаметром 90 мм Заготовки зубчатого колеса диаметром 67 мм и высотой 40 мм высаживаются за пять переходов из горячекатаного прутка с производительностью 70 шт/мин Отход металла в стружку — около 6 % Этот метод пригоден и для штамповки конических колес
Метод горячего накатывания зубьев цилиндрических зубчатых колес разработан ЗИЛом совместно с ВНИИМЕТМАШем взамен чернового нарезания зубьев колеса (z = 46, mn = = 6 мм, Ъ = 70 мм, р = 16°7) Поковку 4 (рис 198,6), полученную на ковочном прессе, устанавливают в зажимное приспособление, зажимают между стаканами 3 и включают индуктор для нагрева поковки Зубья накатывают за два последовательных этапа Сначала гладкими роликами 2 калибруют штампованную поковку по внешнему диаметру и ширине зубчатого венца, затем заготовка перемещается в верхнее положение После вторичного нагрева заготовки зубчатыми роликами 1 накатывают зубья Время цикла накатки составляет 2,4 мин Припуск на сторону зуба 1,5 мм Горячее накатывание позволяет снизить расход металла на заготовку (~ 4 кг), высвободить рабочих, зуборезные станки, площадь и т д
…………………………………….
Заготовки из прокатаполучают их отрезкой от прутка на заданный размер. Максимальный диаметр проката, который выпускает промышленность, составляет 250 ММ. Поэтому диаметр вершин зубьев не превышает этого размера.
Свободную ковкуосуществляют на молотах или прессах между плоскопараллельными плитами. Этим методом можно получать заготовки диаметром свыше 250 мм. Однако форма заготовки при этом лишь приближенно соответствует профилю зубчатого колеса. Для снижения трудоемкости при механической обработке в крупных заготовках прошивают посадочное отверстие. При механической обработке заготовок полученным из проката и свободной ковкой расходный коэффициент металла является наиболее высоким по сравнению с штампованными заготовками.
Штамповку на прессах илимолотах заготовок для зубчатых колес производят в подкладных или закрепленных штампах. Заготовку в подкладных штампах деформируют с торца (рис. 2.82, а). Закрепленные штампы могут быть закрытыми или открытыми (рис. 2.82, б; в). В открытых штампах в плоскости разъема образуется заусенец — облой, который удаляют затем в обрезных штампах в холодном или горячем состоянии. В закрытых штампах образуется торцовый заусенец, который удаляют точением. Штамповку в закрепленных штампах производят с торца, когда разъем штампа перпендикулярен оси заготовки, или с разъемом штампа вдоль оси заготовки (рис. 2.83, а; б).
Штамповкой (высадкой) на ГКМполучают заготовки из прутков для блоков зубчатых колес или валов - шестерен, когдазаготовки с большим перепадом по диаметру (рис. 2.84). Схема работы ГКМ показана на рис. 2.85. Матрица ГКМ имеет разъем. Одна часть матрицы подвижная другая неподвижная. Пуансон при высадке перемещается в горизонтальном направлении. Штамповка производится в следующей последовательности:
I — пруток закладывается в разъемную матрицу до упора; II — упор отводится, пруток зажимается в матрице и деформируется пуансоном; III - процесс деформации заканчивается, IV — подвижная часть матрицы пуансон отводятся в исходное положение, поковка извлекается из штампа.