軋絲機傳動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)院機械工程系，天津 340300）

軋絲機傳動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)院機械工程系，天津 340300）

校企合作是針對生產(chǎn)中的實際問題進行教科研項目研發(fā)的平臺。依據(jù)市場對軋絲機的反饋需求，對材料與熱處理技術(shù)結(jié)合生產(chǎn)實際的問題及應(yīng)用進行了探究，通過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)今社會隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展對材料與能源的節(jié)約理念。

齒輪；蝸桿；熱處理；調(diào)質(zhì)；淬火；硬度；檢驗

校企合作是針對生產(chǎn)中的實際問題進行教科研項目研發(fā)的平臺。生產(chǎn)實踐與教科研的集合對學(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)又可贏得市場經(jīng)濟效益。依據(jù)市場對軋絲機的反饋意見及需求，從焊絲拉拔應(yīng)力以及工作環(huán)境等多個角度綜合分析傳動部件的幾何參數(shù)設(shè)計，通過合理的材料選用及熱處理工藝，減小傳動部件的磨損增加其使用壽命。軋絲機一些傳動部件的磨損壽命僅維持在3～4個月,使得設(shè)備使用單位的生產(chǎn)及設(shè)備維護困難并造成很大的經(jīng)濟損失。如何減少傳動部件在工作中的磨損，延長其使用壽命，已成為工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要的問題。

1 軋絲機傳動部件的材料及熱處理

齒輪和蝸輪蝸桿副構(gòu)成軋絲機傳動機構(gòu)的多級傳動。磨損是傳動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

做為傳動機構(gòu)的齒輪受材質(zhì)、加工精度、熱處理工藝、幾何精度、潤滑狀態(tài)及負荷、轉(zhuǎn)速、環(huán)境等諸多因素的影響，會發(fā)生各種各樣的損傷，如斷齒、點蝕剝落、膠合或磨損失效。至使齒輪的壽命差別很大，長則十幾年，短則數(shù)十天。而材料是決定齒輪耐磨性的一個重要因素，材料的含碳量及合金成份對耐磨性有明顯影響。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，可以增強鋼的淬透性，提高材料的機械性能。

因軋絲機須在考慮齒輪傳動部件不能改變負荷、轉(zhuǎn)速、傳動比、環(huán)境因素、潤滑方式以及安裝尺寸等限制條件下進行自身因素的改進，所以只能來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度。方法可采用滲碳淬火磨齒齒輪或其他化學(xué)熱處理強化齒面輪，如氮化、碳氮共滲等。這類齒輪加工精度高，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，芯部則會加速磨損。這種齒輪表層硬度高但韌性差，在嚴重的沖擊負荷下易產(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題，齒輪材料采用45#或40 Cr鍛件毛胚，經(jīng)過正火或調(diào)質(zhì)處理后再進行后續(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度極限都有大幅度提高，既縮小了經(jīng)費開支又增強了輪齒抵抗失效的能力。

1.2 蝸輪蝸桿傳動副材料及熱處理特點

蝸輪蝸桿構(gòu)成軋絲機傳動機構(gòu)的一級傳動。蝸輪和蝸桿材料要有一定的強度，還要有良好的減摩性、耐摩性和抗膠合能力。當(dāng)采用普通蝸桿傳動時，因在嚙合處有很大的相對滑動，工作條件不夠良好，就會產(chǎn)生較嚴重的摩擦和磨損，進而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，造成進一步磨損。針對在生產(chǎn)工作中僅僅能使用幾個月的蝸輪便因磨損嚴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，蝸桿的強度總是高于蝸輪輪齒的強度，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，用于相對滑動速度Vs≤25m/s的高速重要蝸桿傳動中。軋絲機蝸輪的材料選用有色金屬鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，為了防止變形對蝸輪進行時效處理。

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，延長了渦輪蝸桿副的使用壽命。

2 出現(xiàn)檢測誤差原因的分析及體會

在生產(chǎn)中檢驗經(jīng)過熱處理的齒輪硬度值時，常會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。

常見的齒輪熱處理后出現(xiàn)檢測誤差原因及解決方法。

2.1 用洛氏硬度計檢查不同的表面，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首先冷卻，獲得堅硬的表層，硬度就高。在缺少齒面硬度計時，一般都檢查齒頂部位，因此須經(jīng)砂輪粗磨、細砂布磨光，使齒面達到要求后再測定其硬度值。

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

2.3 淬油的齒輪有時會出現(xiàn)“硬點”，這主要是油槽中混有水，在齒輪冷卻時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 滲碳齒輪有時會因有炭黑粘于齒部，而在淬火時造成軟點。

2.6 齒輪淬火的硬度檢查部位不少于三齒，每齒應(yīng)檢驗三點，其中兩點合格算合格。硬度值超過規(guī)定值HRC0.5以上就算不合格。

3 結(jié)語

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)實際情況來確定，并在生產(chǎn)過程中要避免“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，高級工程師，從事職業(yè)技術(shù)教學(xué)工作。