精簡 TPX6111B 普通臥式銑鏜床主運動齒輪材料與熱處理工藝研究
2018-10-26 來源： 沈陽機床股份有限公司 作者：王一楠 崔瑤 張鐵 李錚 李翊群
摘 要：TPX6111B 普通臥式銑鏜床是沈陽機床集團的經(jīng)典產(chǎn)品之一，其主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，齒輪眾多。針對該機床主運動齒輪的材料及其熱處理工藝進行介紹和分析。
關(guān)鍵詞：鏜床；齒輪；材料；熱處理
1 、引言
齒輪傳動是機械傳動中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動形式。TPX6111B 普通臥式銑鏜床是我們沈陽機床集團的經(jīng)典產(chǎn)品之一，其主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，齒輪眾多。機床自面世以來，由于齒輪導致的故障率極低，可見其齒輪設(shè)計合理，材料和熱處理工藝選擇得當，故我們對 TPX6111B 主運動齒輪進行介紹和研究。
2 、齒輪常用材料和熱處理工藝
高頻淬火齒輪通常用含碳量為 0.40%～0.50%的 C 鋼或低合金鋼(40、45、40Cr、45Mn2) 制造。大批量生產(chǎn)時, 一般要求精選含碳量以保證質(zhì)量。45 鋼限制在 0.42%～0.47%C, 40Cr 鋼限制在 0.37%～0.42%C。經(jīng)高頻淬火并低溫回火后, 淬硬層應(yīng)為混合回火馬氏體, 而心部則為毛坯熱處理（正火或調(diào)質(zhì)）后的組織。
在工作中，齒輪的受力情況比較復雜，齒輪的根部受交變彎曲應(yīng)力，齒面受大的接觸應(yīng)力并產(chǎn)生強烈的摩擦，并且在嚙合不良時，還受到一定的沖擊載荷。為了達到以上的性能，滿足工作需要，就要根據(jù)齒輪工作的載荷和工作環(huán)境合理的選擇齒輪材料和熱處理工藝。
3 、TP X6111B 主運動齒輪分析
3.1 主運動齒輪材料及熱處理選擇
主電機：1450rpm，功率：7.5KW，主軸轉(zhuǎn)速：8-1000r/min,最大扭矩：1225Nm，最大軸向抗力：12250N。屬于低速、中重型機床且齒輪運行環(huán)境良好。機床主軸箱齒輪承擔著傳遞動力和變速的任務(wù)，工作時間長，故一般采用鋼或 40Cr 或 20Cr 制造，見圖 1、表 1。
40Cr 合金鋼的齒輪熱處理為齒部高頻淬火+低溫回火，熱處理后，表面硬度可達 48HRC。提高了鋼的表面耐磨性能好且芯部由于沒有進行淬火保持了好的韌性，變形小；5-8;13、14 齒輪在傳動中受沖擊力大，且換擋次數(shù)頻繁，所以要求齒輪具有高的耐磨性，疲勞強度和芯部韌性。
故采用材料選用 20Cr。熱處理工藝采用滲碳+淬火+低溫回火，根據(jù)機床齒輪的工作狀態(tài)，屬于重載齒輪，故滲碳層取 0.9mm。
3.2 主運動齒輪常見問題分析
在實際生產(chǎn)和服務(wù)的過程中，機床主運動部分有齒輪噪聲、雜音等現(xiàn)象發(fā)生，也偶有發(fā)生斷齒和齒輪變形的情況。齒輪噪聲和雜音的產(chǎn)生一般是因加工精度不能保證而引起的。
通過嚴格控制產(chǎn)品質(zhì)量，保證零件按圖紙加工可以有效避免此類問題發(fā)生。齒輪打齒及齒輪變形的情況則是由于熱處理不當引起的。實際生產(chǎn)中小尺寸的滲碳鋼齒輪易發(fā)生斷齒現(xiàn)象，需要進行滲碳的齒輪，若滲碳層過大，則會導致齒輪芯部硬度過高，韌性不足，導致斷齒現(xiàn)象的發(fā)生。齒輪變形則是由于表面硬度不夠造成的，檢測變形齒輪發(fā)現(xiàn)變形齒輪硬度低于圖紙要求硬度，嚴格控制熱處理工藝后癥狀沒有發(fā)生。
由上述可見，TPX6111B 產(chǎn) 品 的齒輪材料和熱處理與其運行工況是相符的，能滿足機床工作需要。
結(jié)語
雖然齒輪設(shè)計在機床設(shè)計工作中的數(shù)量在減少，但隨著電氣技術(shù)的提高對齒輪提出的要求也相應(yīng)提高，齒輪傳動結(jié)構(gòu)還不可避免。長時間的市場檢驗證明，本產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，主軸箱齒輪故障率低，說明其工況和齒輪材料和熱處理工藝可以說是相當?shù)钠ヅ洹ＯＭ疚哪軐ψx者在機床齒輪設(shè)計中有所啟發(fā)。
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