軋絲機(jī)傳動(dòng)部件的選材及熱處理應(yīng)用

凌桂琴

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，天津 340300）

軋絲機(jī)傳動(dòng)部件的選材及熱處理應(yīng)用

凌桂琴

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，天津 340300）

校企合作是針對(duì)生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行教科研項(xiàng)目研發(fā)的平臺(tái)。依據(jù)市場(chǎng)對(duì)軋絲機(jī)的反饋需求，對(duì)材料與熱處理技術(shù)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的問(wèn)題及應(yīng)用進(jìn)行了探究，通過(guò)合理的材料選用及熱處理工藝，減小磨損增加使用壽命，體現(xiàn)出當(dāng)今社會(huì)隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展對(duì)材料與能源的節(jié)約理念。

齒輪；蝸桿；熱處理；調(diào)質(zhì)；淬火；硬度；檢驗(yàn)

校企合作是針對(duì)生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行教科研項(xiàng)目研發(fā)的平臺(tái)。生產(chǎn)實(shí)踐與教科研的集合對(duì)學(xué)校和企業(yè)可謂雙贏，既可為企業(yè)培養(yǎng)出綜合技能型人才，企業(yè)又可贏得市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。依據(jù)市場(chǎng)對(duì)軋絲機(jī)的反饋意見(jiàn)及需求，從焊絲拉拔應(yīng)力以及工作環(huán)境等多個(gè)角度綜合分析傳動(dòng)部件的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)，通過(guò)合理的材料選用及熱處理工藝，減小傳動(dòng)部件的磨損增加其使用壽命。軋絲機(jī)一些傳動(dòng)部件的磨損壽命僅維持在3～4個(gè)月,使得設(shè)備使用單位的生產(chǎn)及設(shè)備維護(hù)困難并造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。如何減少傳動(dòng)部件在工作中的磨損，延長(zhǎng)其使用壽命，已成為工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要的問(wèn)題。

1 軋絲機(jī)傳動(dòng)部件的材料及熱處理

齒輪和蝸輪蝸桿副構(gòu)成軋絲機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的多級(jí)傳動(dòng)。磨損是傳動(dòng)部件的主要失效形式，磨損的成因和表現(xiàn)形式是非常復(fù)雜的,材料的選用及熱處理工藝占其非常重要的作用。

1.1 齒輪副材料及熱處理特點(diǎn)

做為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪受材質(zhì)、加工精度、熱處理工藝、幾何精度、潤(rùn)滑狀態(tài)及負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、環(huán)境等諸多因素的影響，會(huì)發(fā)生各種各樣的損傷，如斷齒、點(diǎn)蝕剝落、膠合或磨損失效。至使齒輪的壽命差別很大，長(zhǎng)則十幾年，短則數(shù)十天。而材料是決定齒輪耐磨性的一個(gè)重要因素，材料的含碳量及合金成份對(duì)耐磨性有明顯影響。在熱處理硬度相同的前提下，含碳量高的鋼比含碳低的鋼耐磨性要好，合金元素Cr、Mo等與鋼中的碳形成特殊的碳化物，能明顯提高鋼的耐磨性。Ni是一種綜合性較好的元素，可以增強(qiáng)鋼的淬透性，提高材料的機(jī)械性能。

因軋絲機(jī)須在考慮齒輪傳動(dòng)部件不能改變負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)比、環(huán)境因素、潤(rùn)滑方式以及安裝尺寸等限制條件下進(jìn)行自身因素的改進(jìn)，所以只能來(lái)提高齒輪自身的耐磨性。

首先提高齒輪的耐磨性就要提高齒面接觸疲勞強(qiáng)度。方法可采用滲碳淬火磨齒齒輪或其他化學(xué)熱處理強(qiáng)化齒面輪，如氮化、碳氮共滲等。這類(lèi)齒輪加工精度高，表面硬度高，滲碳淬火一般在HRC60左右，氮化齒輪在HV570左右，但它們的硬化層淺薄。受工藝條件及制造成本限制，要提高硬化層深度非常困難，而當(dāng)齒面上這一薄層被磨掉以后，芯部則會(huì)加速磨損。這種齒輪表層硬度高但韌性差，在嚴(yán)重的沖擊負(fù)荷下易產(chǎn)生疲勞斷齒等其損傷。綜合分析再考慮到大小齒輪速比問(wèn)題，齒輪材料采用45#或40 Cr鍛件毛胚，經(jīng)過(guò)正火或調(diào)質(zhì)處理后再進(jìn)行后續(xù)工藝加工；小齒輪的表面淬火和大齒輪采用中硬調(diào)質(zhì)熱處理工藝，這樣其沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度極限都有大幅度提高，既縮小了經(jīng)費(fèi)開(kāi)支又增強(qiáng)了輪齒抵抗失效的能力。

1.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)副材料及熱處理特點(diǎn)

蝸輪蝸桿構(gòu)成軋絲機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一級(jí)傳動(dòng)。蝸輪和蝸桿材料要有一定的強(qiáng)度，還要有良好的減摩性、耐摩性和抗膠合能力。當(dāng)采用普通蝸桿傳動(dòng)時(shí)，因在嚙合處有很大的相對(duì)滑動(dòng)，工作條件不夠良好，就會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦和磨損，進(jìn)而引起過(guò)分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，造成進(jìn)一步磨損。針對(duì)在生產(chǎn)工作中僅僅能使用幾個(gè)月的蝸輪便因磨損嚴(yán)重而失效的原因做以分析：蝸輪先于蝸桿磨損屬正?，F(xiàn)象。由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，蝸桿的強(qiáng)度總是高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，所以失效常發(fā)生在蝸輪輪齒上，蝸輪材料的選用也是很重要的。錫青銅（或鈹青銅）的減摩性、耐磨性好，抗膠合能力強(qiáng)，用于相對(duì)滑動(dòng)速度Vs≤25m/s的高速重要蝸桿傳動(dòng)中。軋絲機(jī)蝸輪的材料選用有色金屬鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，為了防止變形對(duì)蝸輪進(jìn)行時(shí)效處理。

蝸桿材料一般是用碳鋼或合金鋼制成。高速重載蝸桿常用15Cr或20Cr，并經(jīng)滲碳淬火；也可用40#鋼或40Cr并經(jīng)淬火。本品設(shè)備中的蝸桿（9頭蝸桿）的材料選用40Cr，采用調(diào)質(zhì)后再經(jīng)淬火熱處理工藝，淬硬為HRC50～55。綜合結(jié)果提高零件表面硬度，增加耐磨性，延長(zhǎng)了渦輪蝸桿副的使用壽命。

2 出現(xiàn)檢測(cè)誤差原因的分析及體會(huì)

在生產(chǎn)中檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)熱處理的齒輪硬度值時(shí)，常會(huì)遇到由于檢查誤差使產(chǎn)品質(zhì)量受到影響，造成不必要損失的情況。

常見(jiàn)的齒輪熱處理后出現(xiàn)檢測(cè)誤差原因及解決方法。

2.1 用洛氏硬度計(jì)檢查不同的表面，其粗糙度值不同可表現(xiàn)出不同的結(jié)果。越粗糙，其硬度值越高，反之則硬度值越低。有刀痕的粗糙表面淬火時(shí)首先冷卻，獲得堅(jiān)硬的表層，硬度就高。在缺少齒面硬度計(jì)時(shí)，一般都檢查齒頂部位，因此須經(jīng)砂輪粗磨、細(xì)砂布磨光，使齒面達(dá)到要求后再測(cè)定其硬度值。

2.2 齒輪坯在箱式爐加熱調(diào)質(zhì)時(shí)，由于加熱時(shí)氧化脫碳，易出現(xiàn)軟點(diǎn)或軟帶，工作表面脫碳層深度不一致。

2.3 淬油的齒輪有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“硬點(diǎn)”，這主要是油槽中混有水，在齒輪冷卻時(shí)遇到水的部分冷卻快，易淬硬。

2.4 齒輪表面有偏析現(xiàn)象，組織結(jié)構(gòu)不均勻，產(chǎn)生硬度不均勻。

2.5 滲碳齒輪有時(shí)會(huì)因有炭黑粘于齒部，而在淬火時(shí)造成軟點(diǎn)。

2.6 齒輪淬火的硬度檢查部位不少于三齒，每齒應(yīng)檢驗(yàn)三點(diǎn)，其中兩點(diǎn)合格算合格。硬度值超過(guò)規(guī)定值HRC0.5以上就算不合格。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，在熱處理中由于受設(shè)備、溫度、原材料等多種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)不少“缺陷”。材料及熱處理工藝選擇是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定，并在生產(chǎn)過(guò)程中要避免“缺陷”的出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)應(yīng)具體分析情況，正確地加以處理。

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.04.013

TG333.15

C

1008-1267（2015）04-0035-02

2015-03-15

凌桂琴（1962～），女，副教授，高級(jí)工程師，從事職業(yè)技術(shù)教學(xué)工作。