热处理课程设计答辩PPT

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,组长：郁 哲,组员：王 凡、湛艳红、叶钊毅、刘晓梅,指导老师：李绍宏、陶静梅、段永华,课程设计,高速、中低载，有冲击小齿轮,外径100mm，厚度30mm,目录,Contents,齿轮形状设计,第一章,力学性能计算,第二章,齿轮选材过程,第三章,齿轮加工路线,第四章,热处理过程,第五章,第六节,热处理设备,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,1.1,基本公式,1,分度圆直径计算,热处理,形状设计,2,齿顶圆直径计算,3,齿根圆直径计算,4,基圆直径计算,5,齿距计算,6,齿厚计算,模 数,齿 数,齿顶高系数,，,1.0,顶隙系数,，,0.25,压力角,，,20,所设计齿轮用于,高速,，中低载,按照齿轮设计,一般原则,高速齿轮齿数,z=,1720,齿数选择,模数选择,齿轮外直径为100mm，即,d,a,=100,按照,公式,d,a,=m（z+2）,模数按照国标,GB/T 1357-2008,挑选,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,1.1,基本公式,热处理,形状设计,1.,2,模数齿数,标 准 模 数 系 列,第,I,系列,1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50,第,II,系列,1.125 1.375 1.75 2.25 2.75 3.5 4.5 5.5 (6.5) 7 9 11 14 18 22 28 35 45,m = 5,，,z = 18,，d,a,= 100,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,1.,2,模数齿数,热处理,形状设计,1.,3,基本参数,齿 轮 形 状 基 本 参 数,模 数,齿 数,分 度 圆直 径,齿 顶 圆直 径,齿 根 圆直 径,基 圆 直 径,齿 距,齿 厚,内 孔 直 径,5,18,90,100,77.5,84.57,15.71,30,65,按照先前,基本公式,计算齿轮,得到如下表,基本参数,齿轮折断,一般发生在,齿根,部分，由,过渡载荷,和疲劳引起。,齿面点蚀,齿面,接触应力,为,脉动,循环变化，产生裂纹扩展致使金属微粒剥落。,齿面胶合,多发生在,高速重载,传动中，齿面金属粘连，相互运动形成,沟纹,。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,2.1,失效形式,热处理,力学性能,齿轮一般失效形式,齿面磨损,分为磨粒磨损、跑合磨损，多出现在,开式,且齿轮工作,环境恶劣,的情况。,齿面点蚀,首要,齿轮折断,次要,高速中低载荷,2,应用领域,发电机、传动机、齿轮箱,常用齿面,闭式,软齿面,齿轮（350HBS）,硬度确定,由此确定齿轮表面硬度要求为,336HBS,，即,36HRC,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,2.1,失效形式,热处理,力学性能,2,.,2,硬度要求,1,3,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,2.2,硬度要求,热处理,力学性能,2,.,3,接触疲劳,齿轮的接触疲劳强度,可以按照,赫兹（H. Hertz）公式,进行计算,其中下标1为小齿轮、,下,标2为大齿轮,，但,大齿轮未知,，取,单向节点,处的接触应力为计算依据进行,简化,弹 性 系 数,齿厚，分度圆,转 矩,传动比，,1.3,载荷系数,主要是考虑,冲击,而加入的校核系数,载 荷 系 数 K,原动机,工作机械的载荷特性,均匀,中等冲击,较大冲击,电动机,1.01.2,1.21.6,1.61.8,多缸内燃机,1.21.6,1.61.8,1.82.2,单杠内燃机,1.61.8,1.82.0,2.22.4,弹 性 系 数 Z,E,（与大小齿轮,材质,有关）,灰口铸铁,球墨铸铁,铸钢,锻钢,锻钢,162.0,181.4,188.9,189.8,铸钢,161.4,180.5,188.0,球磨铸铁,156.6,173.9,灰口铸铁,143.7,安全系数,考虑材料使用,1.4,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,2.3,接触疲劳,热处理,力学性能,2,.,4,弯曲强度,齿轮的抗弯曲强度,可以按照,经验修正公式,进行计算,Y,Fa,和,Y,Sa,分别为,齿形系数,和,应力修正系数,，其只与齿形中的,尺寸,比例有关而与模数无关,。可根据相应图表，按照标准齿轮,x=0,对应查找。,Y,Fa,= 3.0,Y,Sa,= 1.55,安全系数,考虑材料使用,材,料,力,学,性,能,基,本,要,求,表面硬度/HBS,接触疲劳强度/MPa,抗弯曲强度/MPa,336,450,250,1. 使用性原则,使用性原则是零件在使用中应该具有的性能，这是保证零件完成规,定功能的必要条件。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,3.1,选材原则,热处理,选材过程,2. 工艺性原则,3. 经济性原则,经济性是指最小的耗费取得最大的经济效益。在满足使用性能的前,提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。,工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力，包括铸,造性、切削加工性和热处理等。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,3.1,选材原则,热处理,选材过程,3.2,实际选材,常,见,齿,轮,材,料,热,处,理,后,力,学,性,能,以 及 市 场 价 格,热处理,硬度,接触疲劳强度MPa,抗弯曲强度MPa,价格,RMB/t,表层,心部,20钢,淬火回火,143156HBS,440,170,29003700,渗碳+淬火回火,3846HRC,185196HBS,640,260,表面淬火,3044HRC,214228HBS,1030,270,20Cr,淬火回火,3446HRC,840,320,42005900,渗碳+淬火回火,5662HRC,220260HBS,1500,850,表面淬火,3648HRC,240260HBS,1090,280,45钢,正火,156217HBS,380,310,62008600,调质,197286HBS,580,440,表面淬火,4050HRC,220250HBS,1120,680,HT300,去应力退火,187255HBS,360,130,800011,000,表面淬火,4348HRC,207286HBS,670,180,使用性原则,经济性原则,工艺性原则,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,3.2,实际选材,热处理,选材过程,3.3,20钢性能,经上述从材料,使用性,、,工艺性,以及,经济性,等原则综合考虑选用,20钢,。其经过,表面热处理,（渗碳、表淬）硬度、解除疲劳强度、抗弯曲强度都达到所需力学性能要求，同时其,切削,加工性、热处理性能较好，,价格,较为低廉，是制作本次所设计齿轮的较为优异的材料,。,2,0,钢,化,学,成,分,元素,C,Si,Mn,Cr,Ni,Cu,P,S,质量分数（,%,）,0.170.23,0.170.37,0.350.65,0.25,0.30,0.25,0.035,0.035,20,钢,临,界,温,度,温度符号,A,c1,A,c3,A,r1,A,r3,M,s,M,f,温度值/,735,854,682,835,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,4.1,知识回顾,热处理,加工路线,齿 轮 形 状 基 本 参 数,模 数,齿 数,分 度 圆,直 径,齿,顶 圆,直 径,齿 根 圆直 径,基 圆 直 径,齿 距,齿 厚,内 孔 直 径,加 工 精 度,5,18,90,100,77.5,84.57,15.71,30,65,5,材,料,力,学,性,能,基,本,要,求,表面硬度/HBS,接触疲劳强度/MPa,抗弯曲强度/MPa,336,450,250,20 钢,热,处,理,后,力,学,性,能,以 及 市 场 价 格,热处理,硬度,接触疲劳强度MPa,抗弯曲强度MPa,价格,RMB/t,表层,心部,20钢,淬火回火,143156HBS,440,170,29003700,渗碳,+淬火回火,3846HRC,185196HBS,640,260,表面淬火,3044HRC,214228HBS,1030,270,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,4.1,知识回顾,热处理,加工路线,4.2,基本路线,根据先前力学性能要求分析，以20钢作为材料制作所设计的小齿轮，必须经过表面热处理以提高表面硬度，由此可分两种加工工艺：,以渗碳处理为基础,的加工工艺、,以表面淬火为基础,的加工工艺。,第一条加工路线,锻造制坯,锻造制坯,下 料,下 料,预先,热处理,预先,热处理,粗 加 工,粗 加 工,渗碳处理,渗碳处理,精 加 工,精 加 工,磨削包装,磨削包装,最终,热处理,最终,热处理,第二条加工路线,锻造制坯,锻造制坯,下 料,下 料,预先,热处理,预先,热处理,粗 加 工,粗 加 工,调质处理,精 加 工,精 加 工,磨削包装,磨削包装,表面淬火+回火,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,4.2,基本路线,加工路线,加工路线,4.3,渗碳处理,锻造制坯,锻造制坯,下 料,下 料,预先,热处理,预先,热处理,粗 加 工,粗 加 工,渗碳处理,渗碳处理,精 加 工,精 加 工,磨削包装,磨削包装,最终,热处理,最终,热处理,下料,是指从整个或整批材料中取下一定形状、数量或质量的材料的操作过程。此,处主要为,切取适量,质量的,原料,，用于下一工序锻造制坯。,锻造制坯,是指形成零件毛坯并得到合理的加工流线，可分为,自由锻造,、,模锻,。,自由锻造用于单件小批量生产，模锻主要用于大批量生产，此处采用自由锻造。,预先热处理,的目的是改善材料组织性能，为后序,加工做准备,。一般预先热处理,方法为,退火,或,正火,。退火,和,正火,相似,，,而正火冷却速度快，组织相对偏移平衡组织。,但,由于20钢的切削加工性能较好，因此选用正火处理,以,缩短生产周期,。,齿轮的,粗加工,主要为,基准选择,、,切料,以及,齿坯加工,。,基准,内孔-端面定位方法确保,精度,切料,切除多余的余料,齿坯,端面,、,内孔,、,外圆,的车削加工,研磨,拉屑,滚齿,齿,轮,外 圆,加,工,工,序,选,择,加工工序,加工精度,生产率,齿面光洁度,适用范围,滚齿,通常加工610，,最高能达到4级,较高,较差,直齿、斜齿的外啮合圆柱齿轮和蜗杆,插齿,通常加工79，,最高能达到6级,较高,较好,内啮合齿轮、扇形齿轮、齿条等,渗 碳 工 艺 种 类 与 特 点,固 体,渗 碳,优点：,设备,简单,，,渗剂易,配,，多元,热渗。,缺点：,渗层,难控,，,耗能,较,大,，效率,低,下。,液 体,渗 碳,优点：,操作方便,，,硬度,较,高，重复处理,。,缺点：渗层较,薄，不宜加工,，,盐浴,有毒,。,气 体,渗 碳,优点：,大量生产,，,浓度,可调,，,易自动化,。,缺点：,设备,费贵,，处理量少,，则,成本高,。,此阶段主要是进行,齿形加工,，常用的方法有,剃齿,、,珩齿,、,磨齿,。,齿,轮,齿 形,加,工,工,序,选,择,加工工序,加工精度,生产率,齿面光洁度,适用范围,剃齿,57级精度,高,810,滚插,预加工,后,淬火前的精加工,珩齿,68级精度,低,79,剃齿和高频淬火,后,的,齿形加工,磨齿,37级精,较低,79,齿形淬硬后精密加工,低碳钢的最终热处理多采用,淬火+低温回火,，淬火加热温度,不宜过高,。,亚温淬火,表层组织：M,回,+ 颗粒状碳化物 + 少量A,心部组织：M,回,+,先共析F,主要是进行,精修,，去除齿面的毛刺污物以及氧化层，最后进行防锈处理以及相应检测后包装入库。,精 度 检 测,几 何 检 测,缺 陷 检 测,产 品 检 测,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,4.3,渗碳处理,加工路线,加工路线,4.4,表面淬火,锻造制坯,锻造制坯,下 料,下 料,预先,热处理,预先,热处理,粗 加 工,粗 加 工,调质处理,精 加 工,精 加 工,磨削包装,磨削包装,表面淬火+回火,调,质,处理是指,淬火+高温回火,，得到,S,回,组织，其综合力学性能良好,，且,调制处理后组织细小，提高表面淬火的质量，又确保心部组织有良好的韧性。,此处也可采用,正火,处理，,但,调制可提高,抗胶合能力,，故此处采用调制作为,过度热处理,。,表面淬火,其按照加热方式可分为,感应加热,表面淬火,、,火焰加热,表面淬火、,电接触加热,表面淬火、,激光加热,表面淬火。,利用,电磁感应原理,，使零件切割磁力线产生感应电流，又根据交,集肤效应,，快速加热而后急冷。,淬火后,大量A,有内应力,，,塑性差脆性大，易,变形开裂,，,组织不稳定,，,必须回火。,目的,：（1）减少淬火应力；（2）稳定尺寸,组织,；,（3）降低脆性、获得所需要的力学性能。,锻造制坯,锻造制坯,下 料,下 料,预先,热处理,预先,热处理,粗 加 工,粗 加 工,渗碳处理,渗碳处理,精 加 工,精 加 工,磨削包装,磨削包装,最终,热处理,最终,热处理,第一条加工路线,锻造制坯,锻造制坯,下 料,下 料,预先,热处理,预先,热处理,粗 加 工,粗 加 工,渗碳处理,渗碳处理,精 加 工,精 加 工,磨削包装,磨削包装,最终,热处理,最终,热处理,第二条加工路线,锻造制坯,锻造制坯,下 料,下 料,预先,热处理,预先,热处理,粗 加 工,粗 加 工,调质处理,精 加 工,精 加 工,磨削包装,磨削包装,表面淬火+回火,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,5,.1,相关回顾,热处理,热处理,20,钢,热,处,理,工,艺,规,范,工艺名称,退火,正火,高温回火,中温回火,低温回火,渗碳,渗碳后淬火,淬火,加热温度/,880900,8,9,0920,650680,180200,140180,900920,780800,910930,冷却方式,炉冷,空冷,空冷,空冷,空冷,空冷,水冷,水、盐水冷,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,5.1,相关回顾,加工路线,热处理,5.2,第一条工艺,加热温度,20钢的正火加热温度范围为,890920,。若加热温度,较高,会使A长大，最终组织,粗大,切削加工,性差，因此选取较低的正火加热温度为,890,。,正火,加热速度,当加热速度较快，奥氏体的,起始,晶粒度,细小,。但A,c3,向高温区偏移，,使得A,逐渐长大,。因此在无相变区快速加热，在相变区适当降低速度，,即将加热过程分为,升温,、,烧透,。,时 间,A,c1,A,c3,升温,烧透,加热系数,100200/h,装炉量,修正系数,加热系数,常,用,钢,中,的,加,热,系,数,a,工件材料,工件直径,升温,保温,箱式炉,井式炉,盐浴炉,箱式炉,井式炉,盐浴炉,普通碳钢,50,1.01.2,0.30.4,2.02.,2,50,1.21.5,0.40.5,2.,2,2.,4,合金钢,50,0.450.50,50,0.500.55,1.51.8,高合金钢,0.300.40,0.170.20,0.800.85,0.650.75,高速钢,0.160.18,0.650.85,1.2,2.2,稍后保温有用,K=1.0,K=1.0,K=2.0,K=1.4,K=1.3,K=1.0,K=1.4,K=4.0,K=2.2,K=2.0,K,值,的,选,取,80735,735900,正火加热速度,13/min,150/h，即2.5/min,5.2,第一条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,冷却速度,根据20钢的连续冷却图，正火冷却起始冷却速度,应在,4,2/s,。由于20钢含碳量较低，冷速过低会,中存在较多铁素体，使得切削性变差（,粘刀,），因,此正火起始空冷速度控制在,6/s,。,正火,5.2,第一条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,保温时间,一般20钢正火保温时间通常时间为,13小时,，具体的可按照经验公式计算。,正火,附加时间,附,件,时,间,b,值,选,取,/min,退/正火,淬火,回火,低温,中温,高温,亚共析钢,45,30,120,40,15,5.2,第一条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,渗碳,渗碳剂,气体渗碳的渗碳剂有两类，一类为,有机液体,，如,煤油,、苯、丙酮，另一类为,渗碳气体,，如,丙,烷,、丁烷。一般渗碳气体,消耗量,要比有机液体,大,，且,购买不方便,，因此采用有机液体作为渗碳剂。,常,用,有,机,溶,剂,的,碳,氧,比,与,碳,当,量,名 称,分 子 式,高温下热分解反应式,碳氧比,碳当量,煤 油,C,16,H,34,C,16,H,34,16C+17H,2,28.25,甲 醇,CH,3,OH,CH,3,OHCO十2H,2,1,64,乙 醇,C,2,H,5,OH,C,2,H,5,OHCCO+3H,2,2,46,丙 醇,CH,3,COCH,3,H,3,COCH,3,2C十CO3H,2,3,29,乙 醚,C2H,5,OC2H,5,C,2,H,5,OC,2,H,5,3C十CO5H,2,4,24.7,5.2,第一条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,渗碳方式,通常采用,滴注式,方法进行渗碳。煤油一般加热到,800,时，,开始,少量滴入，直到,强渗,阶段时,以,2040滴/min,滴入速度滴注，达到所需高碳势。,渗碳,碳势分布,在渗碳保温分为,排气阶段,、,强渗阶段,、,扩散阶段,，按照常规20钢气体渗碳时碳势分布要求，,排气阶、扩散段碳势较低仅维持在0.1,0.02%，而强渗碳阶段碳势较高为0.751.05%。因此选取,排气、扩散碳势均为,0.09%,，强渗阶段为,0.80%,。,5.2,第一条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,渗碳,渗层厚度,表面至,有效硬化层,的硬度缓慢连续变化，而后硬度,急剧降低,，因此将硬化层深度作为渗层厚,度要求依据。根据下表，当m=5时硬化层深度为,0.8,0.3,mm，所以齿轮渗碳层,1.1mm,。,齿,轮,有,效,硬,化,层,控,制,值,齿轮模数,1.62.25,2.53.5,4.05.5,6.010.0,11.012.0,14.018.0,硬化层深度/mm,0.3,0.1,0.5,0.2,0.8,0.3,1.2,0.3,1.5,0.4,1.8,0.5,渗碳温度,渗碳温度要求高于A,c3,，温度越高有利于活性,炭扩散,，但受到炉子的,使用寿命,的限制，一般,不,超过950,。由先前相关回顾可知20钢渗碳温度为900920，因此确定为,900,。,5.2,第一条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,渗碳,渗碳时间,按照,哈里斯公式,（F.E.Harris）计算所需渗碳保温时间。,渗碳温度，,K,渗碳时间，h,渗层厚度，mm,保温时间中约,2h,为,强渗阶段,考虑到,加热时间,，则渗碳总时间约为,5h,。,冷却方式,渗碳的冷却方式有,空冷,和水冷，由于经渗碳后还需要进行机加工不适宜水冷，因此采用空冷。,5.2,第一条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,渗层碳浓度分布,气体渗碳过程中，碳原子在钢中的扩散服从,Fick第二定律,，并且认为是一维平表面的扩散问题，因此可以按照,初始条件,和,边界条件,进行解析。,由此计算当20钢在,900,碳势为,0.80%,渗碳,保温,2h,后渗碳层中碳浓度分布曲线,渗碳,5.2,第一条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,淬火+低温回火,淬火,先前相关回顾已列出渗碳后淬火加热温度为,780800,。其加热速度与正火相似，保温时间计,算约为,1.5h,。冷却方式为水冷，速度为150/s。最终渗碳后20钢经淬火表面硬度为,5362HRC,。,低温回火,先前相关回顾已列出，低温回火加热温度为,140180,。因为回火温度没经过相变点，因此以,13/min,快速加热,到140180。保温时间算得为186min，即,3.1h,。冷却速度与正火一致。最,终低温回火后，表面硬度基本不变为,5060HRC,。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,5.2,第一条工艺,加工路线,热处理,5.3,第二条工艺,正火,与,先前,第一条工艺中的正火热处理,一致,，不进行过多累述。,20 钢 正 火 热 处 理 参 数,加热温度,加热速度,保温时间,冷却方式,初始冷速,低温区,相变区,890,13/min,150/h,1.85h,空冷,6/s,5.3,第二条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,淬火,加热温度、加热速度、保温时间以及冷却速度与先前的,方法相似,，具体热处理参数如下表。,调制,20 钢 调 制 时 淬 火 热 处 理 参 数,加热温度,加热速度,保温时间,冷却方式,初始冷速,低温区,相变区,910,13/min,150/h,1.6h,水冷,150/s,水冷的原因,：,根据20钢连续转变图可以看出，,避开,“,鼻尖,”,处的冷却速度约为,150180,/s,。由于此处的淬火是作为过渡热处理调质的,一部分，组织性能上,要求并不苛刻,，,且,水冷可,达到,150/s，,价格低,廉价,，因此选用水冷，不,必采用盐水冷却或其他昂贵的特殊冷却介质。,5.3,第二条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,高温回火,高温回火与先前的,低温回火相似,，加热温度为,650680,，由于20钢,不,存在,第二类回火脆,性，因此加热速度依旧为13/min，保温时间为,1.35h,，冷却方式为空冷。,调制,5.3,第二条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,淬硬层深度、感应加热频率,表面淬火,感,应,加,热,的,频,率,选,择,及,应,用,电流频率,淬硬层深度/mm,应用,高频,200KHz300KHz,0.52.0,小齿轮，中小直径轴类零件,中频,2500Hz8000Hz,25,大齿轮，大直径轴类零件,工频,50Hz,1015,轧辊，火车车轮等大件,根据上表，,此次需要热处理的是厚度为30mm，外径为100mm的小齿轮，,采用,高频,感应加热，,淬,硬层深度,选取,为,1.5mm,。,具体的电流频率用右式计算,感应加热深度，mm,电源频率，Hz,当=1.5mm时，计算得到f=,110130kHz,，因此确定高频感应加热表面淬火的交流频率为,120kHz,。,5.3,第二条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,加热温度、加热速度,由于感应,加热极快,导致A,c3,向高温,区偏移,，偏移量随加热速度升高而增,大，会使得,组织粗化,，最终在相同的,冷却条件下得到室温组织,硬度偏低,，,如右边两张图所示。因此选择加热速度,即为重要。,表面淬火,根据右边两图，加热速度100/s时，,20钢的A,c3,约950，且在此温度淬火,得到的硬度约为,47HRC,，基本达到齿,轮的硬度要求，因此确定加热温度为,960,，加热速度为,100/s,，则加,热时间约,9s,。,5.3,第二条工艺,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,保温时间、冷却速度,表面淬火不能使表面温度传递到心部，因此,保温时间为0s,。表面,淬火的冷却方式为水冷，但是采用,流水冷却,，为了防止表面温度在,冷却过程中向心部传递。同时工件冷却时需要,旋转,，防止水蒸气在工,件表面形成,气膜,，阻碍冷却进行。,表面淬火,回火,此处回火选用,低温回火,，热处理参数与先前淬火后低温回火基本,一致，但经回火后表面硬度略有降低为,3844HRC,。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,5.3,第二条工艺,加工路线,热处理,5.4,工艺优化,第一条,问题,渗碳后需要进行剃齿、磨削。从下表可知，当m=5时，,剃齿,的加工余量为,0.6mm,，通常,磨削,需,预留,0.30.4mm,磨量，总共需要预留0.901.00mm，但是,渗碳层,厚度仅为,1.1mm,。,剃,齿,的,齿,厚,加,工,余,量,/mm,模数,余量,模数,余量,模数,余量,1.5,0.25,4.0,0.50,7.0,0.75,2.0,0.30,4.5,0.55,8.0,0.80,2.5,0.35,5.0,0.60,9.0,0.85,3.0,0.40,5.5,0.65,10.0,0.90,3.5,0.40,6.0,0.70,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.4,工艺优化,第一条,改良,渗碳,处理与,精加工,工序,对换,，并将渗碳处理和最终热处理,合并,，即渗碳后直接进行淬火+低温回火。若齿轮为,铸造件,时，粗加工与精加工间需添加去应力退火，此处无需考虑。,渗碳+淬火+低温回火：,渗碳,温度较高,，不能立马将工件放入到水中淬火，需随,炉冷,却至原先淬火温,度,再进行,水冷以及后续的回火。,下料 锻造制坯 正火 粗加工,（ 去应力退火）,精加工 渗碳处理+淬火+低温回火 磨削包装,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.4,工艺优化,第二条,问题,工件经表面淬火+低温回火后硬度仅为,3844HRC,，若需要,磨削,掉0.30.4mm，估计最终工件,表面硬度,无法达到要求,。,改良,对经表面淬火+低温回火后的工件进行,喷丸处理,，以提高表面硬度、强度，具体喷丸参数如下表。,热,处,理,后,喷,丸,处,理,参,数,喷丸介质,喷丸尺寸,喷射速度,喷丸时间,喷丸硬度,铸钢丸,0.50.8mm,15003000rpm,30min,5558HRC,下料 锻造制坯 正火 粗加工 调制处理 精加工 面淬火+低温回火,喷丸处理 磨削包装,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,5.4,工艺优化,加工路线,热处理,5.5,最佳工艺,生产周期：,第一条,第二条；,能耗（所围面积）：,第一条,第二条；,设备费用：,第一条,第二条；,综合来看，第一条工艺路线优于第二条工艺路线，因此,第一条工艺路线,为所设计齿轮加工的最佳方案。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,5.5,最佳工艺,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,正火设备,基本选择,正火所热处理的为100,30mm齿轮属于,中小型零件,，基本确定选用,中温箱式电阻炉,。中,温箱式电阻炉有两种系列：SX2、RX3，其中SX2系列用于,小批量,试验,生产,，RX3为,企业级,设备。,此次所设计的齿轮仅为小批量生产用于试验，因此选用,SX2,。,最高工作温度,正火加热温度为,890,，考虑到设备,寿命,以及,工作限度,，一般设备实际使用最高温度为其理,论最高限度的,0.9倍,，则,T,max,=989,，因此设备最高工作温度为,1000,。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,正火设备,炉膛尺寸,按照,炉膛尺寸按照,炉底强度指标,计算,炉底有效面积，m,2,炉底强度，kg/(m,2,h),生产率，kg/h,假定生产率为,10kg/h,炉底强度h可查,右表,，得到,h=100,kg,/(m,2,h),，由此计算得到有效炉底面积,A,1,=0.1m,2,。,各 种 热 处 理 炉 的 炉 底 强 度 h,热处理,材料,箱式,台车式,坑式,罩式,井式,退火,锻件,4060,5070,4060,100120,铸件,3550,4060,合金钢,2030,2530,淬火/正火,一般淬火,100120,90140,100120,80120,锻件正火,100120,120150,铸件正火,80140,100160,合金淬火,80100,回火,80110,6090,80100,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,正火设备,炉膛尺寸,炉底,实际面积,与有效面积有如下关系,K,为炉底,面积利用率,，通常取值为,0.8,，因此,A=0.125m,2,。按照根据常,规炉形设计，,长宽比为3:2,，可以计算,实际长宽。,炉膛的高度没有严格的计算方法，通常取,H/B=,0.520.9,。取值与炉子大小成反比，与工作周期,成正比，因此比值取,0.7,。,(450300200)mm,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,正火设备,功率要求,电阻加热炉功率的确定方法有,经验公式法,、,图标曲,线法,、,类比法,以及较为精准的,理论计算法,，此处选,用,图标曲线法,。V = 4.5,3.0,2.0 =,27 dm,3,，根据标,准曲线选取确定额定功率要求,P9.5 kW,。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,正火设备,设备确定,常,见,SX2,系,列,中,温,箱,式,电,阻,炉,基,本,参,数,电炉型号,SX2-2.5-10,SX2-4-10,SX2-8-10,SX2-12-10,额定,功率,（KW）,2.5,4,8,12,额定电压（V）,220,220,380,380,额定,温度,（）,1000,1000,1000,1000,相数,1,1,3,3,空炉升温时间（min）,60,80,90,100,空炉损耗（KW）,1.2,1.8,2.8,3.6,炉膛,尺寸,(mm),20012080,300200120,400250160,500300200,外形尺寸(mm),600385400,700520550,900580650,945640765,SX2-12-10,系列中温试验箱式电阻炉,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,渗碳设备,基本选择与参数,渗碳炉有三种主要型式：,井式,、,卧式,和,旋转罐式,。对小批量生产小零件进行渗碳处理时，通常,采用,井式渗碳炉,，且可以把零件进行直接淬火。,井式渗碳炉的,炉膛尺寸,计算，与先前不一样，按照,一,次装料量,计算，公式如下,按照正火时选取箱式炉计算方法，可以得到,其他参数,最高工作温度,为,950,，,额电功率,为,23kW,。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,渗碳设备,设备确定,节,能,型,井,式,渗,碳,炉,的,型,号,与,技,术,规,格,名称,单位,型号与技术规格,RQ-25-9,RQ-35-9,RQ-60-9,RQ-75-9,RQ-90-9,RQ-105-9,额定功率,kW,25,35,60,75,90,105,额定电压,V,380,380,380,380,380,380,相数,3,3,3,3,3,3,加热区数,1,1,2,2,2,2,额定温度,950,950,950,950,950,950,装料筐尺寸,mm,300450,300600,450600,450900,600900,6001200,空炉损耗功率,kW,7,8,11,14,16,18,空炉升温时间,h,2,2,2.5,2.5,3,3,RQ-25-9,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,淬火设备,由,淬火过程,与渗碳处理相连,，即渗碳处理完成后随炉冷却至淬火温度再出炉水冷。因此淬火,过程中不需要加热设备，所以,只设计,一个,淬火槽,即可。,考虑到综合利用以及将来发展，假定,最多一次要淬火1000kg零散零件，淬火温,度为900，淬火前水温为,2,0，淬火后,水温为,6,0，按照,热平衡交换,计算,。已,知,钢的比热为0.16kcal/(kg,)，水的比热,为1kcal/(kg,)。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,淬火设备,最终确定,由此淬火槽的尺寸按照上述体积设计，一般,淬火槽高0.8m,，,长宽比为4:1,，因此淬火槽尺,寸为(4.20,1.05,0.80)m，考虑到淬火槽储水余量，最终确定尺寸为,(4.50,1.20,0.80)m,。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,低温回火设备,基本思路,由于低温箱式炉,没有完全统一系列,，一般由厂家自行生产通用,低温箱式炉,或由顾客提供术,参数由厂家专门,生产,。考虑到成本问题，我们先,确定,参数,，再去,查找厂家,常规,生产的,设备参数,，,最终,确定选用,某家的某一型号。,最高工作温度,低温回火加热温度为140180，若按照先前计算最高温工作温度只需200，但厂家,不会,生,产,只适用于低温回,火的低温箱式炉，通常最高工作温度为,650,，,因此,确定设备最高工作温度,为650。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,低温回火设备,炉膛尺寸,与中温箱式电阻炉一致，,L,B,H=(450,300,200)mm,。,额定功率,低温箱式电阻炉,没有标准,小型低温炉的,功率曲线,，因此采用,经验公式法,。,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,低温回火设备,设备确定,东莞市万江,金力泰,五金电炉厂所生产的低温箱式电阻炉,金,力,泰,公,司,低,温,箱,式,电,阻,炉,型,号,及,参,数,型号,额定功率(KW),额定温(),额定电(V),相数,频率(HZ),有效工作尺寸(L*W*Hmm),RX3-7-6,7,650,380,2相,50,500x350x350,RX3-10-6,10,650,380,2相,50,500x500x500,RX3-15-6,15,650,380,3相,50,600x500x500,RX3-20-6,20,650,380,3相,50,700x600x500,RX3-25-6,25,650,380,3相,50,700x700x500,金力泰,RX3-7-6系列,形状设计,选材过程,力学性能,加工路线,加工路线,热处理,5.6,热处理设备,Question,为什么低温回火是不采用中温箱式炉？,答辩人,谢谢观看,李绍宏、陶静梅、段永华,郁哲、王凡、湛艳红、叶钊毅、刘晓梅,指导,老师,