La transmisión de engranajes de alta velocidad es propensa a sufrir picaduras por fatiga, por lo que se deben seleccionar materiales con mayor dureza y capas duras más gruesas. En transmisiones de engranajes con cargas de impacto, los dientes del engranaje son fáciles de romper, por lo que se deben seleccionar materiales con buena tenacidad en transmisiones de engranajes de baja velocidad y cargas pesadas, los dientes del engranaje son fáciles de romper y las superficies de los dientes son fáciles de desgastar; , por lo que se deben seleccionar materiales con alta resistencia mecánica y alta dureza superficial del diente.
El acero 45 tiene buenas propiedades mecánicas integrales después del tratamiento térmico. La normalización o el temple y revenido pueden mejorar la estructura metalográfica y la procesabilidad del material, reducir la rugosidad de la superficie después del procesamiento y reducir la deformación durante el temple. Debido a la mala templabilidad del acero 45, el material se vuelve quebradizo y se deforma mucho después del temple general. Por lo tanto, generalmente se utiliza el temple de la superficie del diente y la dureza puede alcanzar HRC52-58. Adecuado para engranajes en la industria de máquinas herramienta con precisión inferior al nivel 7.
40Cr es un acero de aleación de carbono medio. En comparación con el acero 45, agregar una pequeña cantidad de aleación de cromo puede refinar los granos del metal, aumentar la resistencia, mejorar la templabilidad y reducir la deformación durante el enfriamiento.
La carburación y el enfriamiento son un método para obtener una alta dureza de la superficie del diente, suficiente tenacidad y una alta resistencia a la fatiga por flexión central de los engranajes. Generalmente, se utiliza acero de aleación baja en carbono 18CrMnTi, que tiene un buen rendimiento de corte, una pequeña deformación de la pieza de trabajo durante la carburación, una dureza de enfriamiento que alcanza HRC56-62 y poca austenita residual. Se utiliza principalmente para transportar engranajes grandes y de impacto en automóviles y tractores. .
Después de la nitruración, el acero nitrurado 38CrMoAlA tiene mayor resistencia al desgaste y a la corrosión que los engranajes cementados y templados, y tiene menos deformación. Puede usarse como material de engranajes que requiere resistencia al desgaste en transmisiones de alta velocidad.
El hierro fundido es fácil de moldear en formas complejas, fácil de cortar y de bajo costo, pero tiene poca resistencia a la flexión, al impacto y al desgaste. Por lo tanto, se utiliza a menudo para engranajes con poca fuerza, sin impacto y baja velocidad de rotación.
Los metales no ferrosos utilizados como materiales para engranajes incluyen latón HPB59-1, bronce QSNP10-1 y aleación de aluminio LC4.
Los materiales no metálicos como la baquelita, el nailon y el plástico también se utilizan habitualmente para fabricar engranajes. Estos materiales tienen las ventajas de fácil procesamiento, bajo ruido de transmisión, resistencia al desgaste y buena reducción de vibraciones. Se utilizan en lugares con carga ligera, reducción de vibraciones, poco ruido y malas condiciones de lubricación.
1. Tratamiento térmico de piezas en bruto de engranajes
El tratamiento térmico más común de piezas en bruto de engranajes de acero es el normalizado o templado y revenido. La normalización se realiza después de la fundición o forja y antes del corte. Esto puede eliminar la tensión interna residual de la fundición o el forjado en las piezas de acero y puede refinar o igualar la falta de homogeneidad de la microestructura después de la fundición o el forjado mediante recristalización, mejorando así el rendimiento de corte y la rugosidad de la superficie, y reduciendo el riesgo de deformación y agrietamiento durante el enfriamiento. . tendencia. El enfriamiento y el revenido también desempeñan el papel de refinar los granos y hacer que la estructura sea uniforme, pero pueden hacer que el engranaje sea más resistente, pero el rendimiento de corte es deficiente.
Para los espacios en blanco de engranajes de barra, la normalización o el revenido generalmente se realizan después del torneado en bruto, lo que puede eliminar la tensión interna causada por el torneado en bruto.
2. Tratamiento térmico de los dientes de los engranajes
Los tratamientos térmicos comunes para los dientes de los engranajes incluyen el temple, la carburación y la nitruración de alta frecuencia.
El enfriamiento de alta frecuencia puede formar una capa superficial que es ligeramente más dura que el enfriamiento ordinario y mantener la resistencia y tenacidad del núcleo.
La carburación puede hacer que la superficie del engranaje tenga mayor dureza y resistencia al desgaste después del enfriamiento, y el núcleo aún mantiene cierta resistencia y alta tenacidad.
La nitruración consiste en calentar el material en gas amoniaco a 520-560 grados, permitiendo que los átomos de nitrógeno activos penetren en la superficie de los dientes del engranaje, formando una capa nitrurada muy fina y de alta dureza.
En la producción de engranajes, la calidad del tratamiento térmico tiene un gran impacto en la precisión del procesamiento de engranajes y la rugosidad de la superficie. A menudo, debido a la calidad inestable del tratamiento térmico, la superficie de la base de posicionamiento del engranaje y la superficie del diente están demasiado deformadas o la rugosidad de la superficie es demasiado grande, lo que se convierte en un problema clave en la producción de engranajes.
3. Fabricación de espacios en blanco para engranajes
Las principales formas de espacios en blanco para engranajes son barras, piezas forjadas y piezas fundidas. Las barras se utilizan para engranajes de tamaño pequeño, estructura simple y requisitos de baja resistencia. Las piezas forjadas se utilizan principalmente en engranajes, que requieren alta resistencia, resistencia al impacto y resistencia al desgaste. Cuando el diámetro del engranaje es mayor que 400-600 mm, la pieza en bruto del engranaje generalmente se fabrica mediante el método de fundición.
Para reducir la cantidad de procesamiento, los dientes de los engranajes se pueden fundir directamente para engranajes de gran tamaño y baja precisión. Se pueden utilizar nuevas tecnologías como fundición a presión, fundición de precisión, pulvimetalurgia, unión térmica, extrusión en frío, etc. para fabricar piezas en bruto de engranajes con dientes para mejorar la productividad laboral.
Selección racional de los materiales de los engranajes
atendiendo a las propiedades mecánicas del material.
Las propiedades mecánicas de los materiales incluyen resistencia, dureza, plasticidad y tenacidad, que reflejan las características del material en uso. Cuando los engranajes engranan, hay tensión de contacto en la superficie del diente y tensión de flexión máxima en la raíz del diente, lo que puede causar fallas en la resistencia de la superficie del diente o del cuerpo del diente. Cada punto de la superficie del diente tiene un deslizamiento relativo, lo que provocará desgaste. Los principales modos de falla de los engranajes son la corrosión por picadura, el pegado de la superficie del diente, la deformación plástica de la superficie del diente y la rotura de los dientes del engranaje. Por lo tanto, se requiere que los materiales de los engranajes tengan una alta resistencia a la fatiga por flexión y a la fatiga por contacto, la superficie del diente debe tener suficiente dureza y resistencia al desgaste, y el núcleo debe tener cierta resistencia y tenacidad.
Por ejemplo, al determinar la dureza de engranajes grandes y pequeños, se debe prestar atención a hacer que la dureza de la superficie del diente del engranaje pequeño sea 30-50HBS mayor que la del engranaje grande, porque el engranaje pequeño es cargado más veces que el engranaje grande y la relación de raíz de diente del engranaje pequeño. El engranaje grande es delgado y tiene menor resistencia que el engranaje grande. Para que los dientes de los dos engranajes tengan casi la misma fuerza, la superficie de los dientes del engranaje pequeño es más dura que la del engranaje grande.
Por otro lado, después se determina la calidad del material en función de sus propiedades. Es necesario aclarar las propiedades mecánicas o la dureza del material y luego logramos el rango de dureza requerido a través de diferentes procesos de tratamiento térmico para darle al material diferentes propiedades mecánicas. Por ejemplo, los engranajes fabricados con acero de aleación 40Cr se enfrían en aceite a 840-860 °C y se revenen a 540-620 °C. La dureza del templado y revenido puede alcanzar 28-32 HRC, lo que puede mejorar la estructura y las propiedades mecánicas integrales. Enfriado con aceite a 860-880 ℃, revenido a 240-280 ℃, la dureza puede alcanzar 46-51 HRC, por lo que el acero tiene buena resistencia al desgaste superficial, buena tenacidad del núcleo y pequeña deformación. Nitruración a 500-560 ℃, la capa de nitruración es de 0,1,5 a 0,6 mm y la dureza puede alcanzar 52-54 HRC. Por lo tanto, el acero tiene alta dureza superficial, alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la fatiga, alta resistencia a la corrosión y anti-. Pegado. Fijación, mínima deformación. Después de galvanizar o alear la superficie de trabajo del engranaje, se puede mejorar el rendimiento de fricción y la resistencia a la corrosión.
b.Cumplir con el desempeño del proceso del material.
El rendimiento del proceso de los materiales se refiere a la capacidad del propio material para adaptarse a diversos requisitos de procesamiento. La fabricación de engranajes requiere varios procesos, como forjado, corte y tratamiento térmico, por lo que al seleccionar materiales se debe prestar atención al rendimiento del proceso de los mismos. En términos generales, el acero al carbono tiene un buen rendimiento en el proceso de forjado y corte, y sus propiedades mecánicas pueden cumplir con los requisitos de las condiciones generales de trabajo. Pero la resistencia no es lo suficientemente alta y la templabilidad es pobre. El acero aleado tiene buena templabilidad y alta resistencia, pero tiene malas propiedades de forjado y corte. Podemos mejorar el rendimiento del proceso de materiales cambiando los procedimientos del proceso y los métodos de tratamiento térmico.
Por ejemplo, los engranajes de las cajas de cambios de los automóviles están hechos de acero 20CrMnTi, que tiene propiedades mecánicas más altas. Después de la cementación, el temple y el revenido a baja temperatura, la dureza de la superficie es de 58-62 HRC y la dureza del núcleo es de 30-45 HRC. El rendimiento del proceso de 20CrMnTi es bueno y la normalización después de la forja mejora su rendimiento de corte. Además, el 20 CrMnTi también tiene buena templabilidad. Debido a la influencia del titanio, no es sensible al sobrecalentamiento y puede enfriarse directamente después de la carburación. La velocidad de cementación es rápida, la capa de transición es uniforme y la deformación después de la cementación y el enfriamiento es pequeña. Es adecuado para fabricar piezas importantes que soportan cargas, impactos y fricciones medias de alta velocidad, por lo que es más adecuado elegir acero 20CrMnTi según las condiciones de trabajo del engranaje.
c.Requerimientos económicos de los materiales
La llamada economía se refiere a la obtención del máximo beneficio económico al mínimo coste. Bajo la premisa de cumplir con los requisitos de rendimiento, también se debe prestar atención a reducir el costo total de las piezas al seleccionar los materiales de los engranajes. Podemos considerar los siguientes aspectos:
Considerar el precio del propio material. Los precios del acero al carbono y el hierro fundido son relativamente bajos, por lo que elegir acero al carbono y hierro fundido con la premisa de cumplir con las propiedades mecánicas de las piezas no solo tendrá un mejor rendimiento de procesamiento, sino que también reducirá los costos. Desde la perspectiva de los recursos y el suministro de metales, la importación de materiales y el uso de materiales costosos deberían reducirse tanto como sea posible.
Considere el coste del proceso de producción de engranajes. En primer lugar, los diferentes métodos de tratamiento térmico tienen diferentes costes de procesamiento relativos.
Por ejemplo, el costo de cementar el temple de la superficie del acero 12CrNi3A es mucho menor que el de la nitruración y tiene las características de un ciclo de producción corto y de bajo costo. En segundo lugar, también se pueden reducir los costes mejorando el proceso de tratamiento térmico. Por ejemplo, si un engranaje funciona en condiciones de alta velocidad, carga media y impacto medio, la elección inicial es acero de cementación de alta calidad y aleación media 18cr2Ni4WA. Después de cementar a 910-940 ℃, enfriar a 850 ℃ y revenir a 180-200 ℃, las propiedades mecánicas son resistencia a la tracción ≥ 16544. Aunque puede cumplir con el rendimiento y el rendimiento del proceso del engranaje, el precio de las piezas es relativamente alto. En la actualidad, se utiliza el acero de cementación 20CrMnTi, de aleación media, bajo en carbono y de templabilidad media, de precio relativamente bajo. Después de cementar a 910-940 ℃, enfriar a 870 ℃ y revenir a 180-200 ℃, las propiedades mecánicas de resistencia a la tracción, límite elástico, alargamiento y contracción del área son ≥1100 Mpa. Solo tales mejoras pueden no solo reducir en gran medida los costos de materiales, sino también cumplir con su desempeño y el desempeño del proceso. En tercer lugar, seleccionar la menor cantidad posible de tipos de acero y centralizar la adquisición y la gestión. Con el desarrollo de formas, tamaños y materiales de engranajes hacia múltiples variedades, series e individualización, especialmente en el caso de múltiples modelos y producción pequeña, la forja, el procesamiento y el tratamiento térmico de engranajes tienen problemas como un diseño grande, un ciclo de producción largo, baja eficiencia y alto costo, alto consumo de energía, difícil gestión, difícil garantizar la calidad y muchas otras desventajas. Por lo tanto, seleccionar, optimizar y comprimir grados y especificaciones de materiales al seleccionar engranajes ayudará a mejorar la generalización, serialización y estandarización de la selección de materiales, mejorar la utilización de materiales y mejorar la planificación de la adquisición de materiales, reduciendo así la acumulación de inventario y acelerando la rotación de capital, fácil de. almacenar y conservar, y reducir el costo de los materiales. Finalmente, podemos mejorar la eficiencia económica mejorando los procesos. Por ejemplo, el proceso de forjado con matrices rompe los requisitos de los procesos tradicionales. Al proporcionar espacios en blanco de conformado, puede utilizar menos tecnología de corte, combinar la forja con troquel con acabado mecánico, reemplazar parcial o completamente el procesamiento de corte para producir piezas directamente, o utilizar tecnologías y procesos grupales en la producción, que también pueden mejorar la calidad y la eficiencia del producto. reducción de costos.