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齿轮热处理工艺及齿轮热后精加工刀具-立方氮化硼材料

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-01-15  作者:华菱技术部
核心提示:齿轮热处理工艺及齿轮热后精加工刀具-立方氮化硼材料 一、汽车齿轮常见的热处理工艺 二、汽车齿轮的材料选择及加工工艺 三、如何选择刀具加工热处理后的汽车齿轮 四、华菱立方氮化硼刀具精加工汽车齿轮的刀具牌号及切削参数
齿轮热处理工艺及齿轮热后精加工刀具-立方氮化硼材料
随着汽车行业的不断发展,对汽车齿轮等零件的质量和性能要求越来越严格,其中热处理工艺作为获得汽车齿轮等零件所要求的强度、韧性、抗疲劳性,实现更安全可靠的重要技术手段,广泛应用于汽车等行业。
一、汽车齿轮常见的热处理工艺
为了使汽车齿轮零件在使用过程中获得较高的硬度,较好的耐磨性和抗疲劳性,常采用热处理工艺来增加汽车齿轮零件的使用性能,其中需要热处理的齿轮有汽车驱动桥的差速器齿轮,变速箱齿轮,发动机齿轮等。
汽车齿轮常采用的热处理工艺有正火,调质(淬火+高温回火),渗碳等工艺。下面简单介绍一下汽车齿轮热处理工艺的目的及应用范围。
1)正火
1)正火定义:正火又称为常化,是将工件加热至Ac3(Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度,一般是从727℃到912℃之间)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上30~50,保温一段时间后,从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。
2)正火的目的:①去除材料的内应力;②增加材料的硬度。
3)正火的主要应用范围有:①用于低碳钢;②用于中碳钢;③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等;④用于铸钢件;⑤用于大型锻件;⑥用于球墨铸铁。
2)调质(淬火+高温回火)
1)调质的定义:将钢材或钢件进行淬火及高温回火(500°-650°)的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。
2)调质的应用范围:调质后的工件即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性,较好的耐磨性,抗弯曲性能。常用于各种机器和机构的结构件,如轴类、连杆、螺栓、齿轮等,在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是对于重型机器制造中的大型部件,调质处理用得更多。
3)渗碳
1)渗碳的定义:是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。
2)渗碳的目的:渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。渗碳的目的是得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲劳强度,并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷,借以延长零件的使用寿命。
3)渗碳的应用范围:渗碳零件的材料 一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。渗碳工艺广泛用于飞机、汽车和拖拉机等的机械零件﹐如汽车齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。
二、汽车齿轮的材料选择及加工工艺
汽车齿轮经过热处理工艺获得较好的使用性能,齿轮作为机械装置中功率的传递与速度的调节,在汽车行业中不仅有着重要的作用,而且用量相当大。以下主要介绍汽车齿轮零件的材料选择及加工工艺。
    1)汽车齿轮的材料选择:汽车变速箱齿轮,驱动桥主动齿轮,驱动器差速齿轮等常采用20CrMoTi,20CrMo材料;汽车曲轴正时齿轮常采用35、40、45或40Cr材料;汽车起动机齿轮常采用15Cr,20Cr,20CrMo,15CrMnM,20CrMnTi材质。
2汽车齿轮的加工工艺:变速箱齿轮20CrMoTi材料的加工工艺:下料—锻造—正火—机械加工—渗碳—淬火+低温回火—喷丸—磨削—装配。
汽车曲轴40Cr材料的加工工艺:下料—锻造—正火—粗加工—表面淬火及回火—精加工。
3)汽车齿轮经过热处理后的性能及硬度:性能:①高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀);②齿面具有较高的硬度和耐磨性;③齿轮心部具有足够的强度和韧性。硬度:①20CrMnTi材料、20CrMo齿轮经过热处理后的齿面硬度:58-64HRC,心部硬度:HRC32-45;②35、40、45热处理后硬度149-179HB,③40Cr钢热处理后的硬度207-241HB;
三、如何选择刀具加工热处理后的汽车齿轮
经过热处理后的汽车齿轮需要精加工,获得图纸要求尺寸及精度,所以选择刀具材料精加工汽车齿轮很重要。俗话说“工欲善其事,必先利其器”,刀具的重要性是贯穿加工汽车齿轮始末的,选用适合的高质量的刀具带来的不仅是汽车齿轮零件的完成,更能大大的提高工作效率,节省加工成本。
目前,加工热处理后的汽车齿轮的刀具材料有硬质合金刀具,陶瓷刀具和立方氮化硼刀具(或CBN刀具)。根据热处理后的汽车齿轮的硬度选择合适的刀具材料精加工汽车齿轮。
1)加工热处理后硬度在HRC45以下的汽车齿轮:选择硬质合刀具较合适,由于硬质合金刀具本身刀体的硬度低,适合加工如汽车曲轴正时齿轮,或者汽车发动机凸轮轴齿轮等硬度低的齿轮,如加工高硬度汽车齿轮可能出现刀具剧烈磨损或加工不动的现象。
2)加工热处理后硬度在HRC45以上的汽车齿轮:可同时选择陶瓷刀具和立方氮化硼刀具(CBN刀具)根据其加工质量及经济效益决定选择哪一种刀具。陶瓷刀具具有良好的热化学稳定性,但却不及立方氮化硼刀具的韧性和硬度。在热处理后的硬度低于50HRC以下和小切深小进给情况下精加工汽车齿轮,陶瓷刀具是较好的选择。对于热处理后硬度HRC50以上和存在断续的汽车齿轮,选择我国华菱超硬立方氮化硼刀具较适合。华菱立方氮化硼刀具采用非金属(陶瓷)作为粘合剂,与传统的CBN刀具相比增加了韧性,精加工汽车齿轮时不仅硬度高,耐磨性和抗冲击性强,而且加工精度高,可实现高速切削,不仅提高加工效率,而且降低加工成本。
华菱超硬作为立方氮化硼刀具行业唯一的中国刀具品牌,自创业以来,准确把握时代的变化脉搏,不断努力开发,提供可迅速满足日益多样化需求的高品质,高性能刀具产品。凭借长期培养积累的技术实力和最尖端的技术开发能力,在加工高硬度铸铁/铸钢,热处理后的高硬度工件,其他难切削材料等领域具有成熟的技术,拥有众多被客户所信赖的刀具牌号。
以下简单介绍一下华菱立方氮化硼刀具精加工汽车齿轮的刀具牌号及切削参数。
四、华菱立方氮化硼刀具精加工汽车齿轮的刀具牌号及切削参数
我国华菱超硬针对精加工汽车齿轮研制出三种立方氮化硼刀片,分别是BN-H10牌号立方氮化硼刀片,BN-H20牌号立方氮化硼刀片和BN-S20牌号立方氮化硼刀片。其中BN-H10牌号和BN-H20牌号属于焊接式立方氮化硼刀具,立方氮化硼刀具BN-H10牌号适合连续加工齿轮工况,立方氮化硼刀具BN-H20牌号适合中等断续加工齿轮的工况(齿轮端面有油孔或内孔中有槽),BN-S20牌号属于整体式立方氮化硼刀具,不仅可精加工汽车齿轮,还可加工大型变形齿轮齿面,不仅硬度高,耐磨性和抗冲击性兼具,而且加工大型变形齿轮齿面不崩刀。具体切削参数见下表。
华菱超硬立方氮化硼刀具精加工汽车齿轮的案例参数
加工汽车齿轮工况
刀具牌号
合适的切削参数
吃刀深度ap(mm)
进给量Fr(mm/r)
切削速度Vc(m/min)
连续切削
BN-H10
0.2
0.1
180
中等断续切削
BN-H20
0.25
0.1
120
强断续切削
BN-S20
2.5
0.12
90
其中按硬度来划分:BN-S20牌号>BN-H10牌号>BN-H20牌号;按韧性来划分:BN-S20牌号>BN-H20牌号>BN-H10牌号。
五、总结
随着热处理工艺的逐渐完善,使汽车齿轮零件在要求高质量、高性能的条件下使用寿命得到提高,这对于国内刀具行业来说是一个很好的突破机会,只要不断研制出耐磨性和抗冲击性好的刀具材料或者刀具牌号,就能打破国外刀具对高硬度工件加工的垄断,助力于我国机械制造业的发展。
 
 
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