CC BY
61МЕТОДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Мухаммадазим Акбаралиевич Рустамов
Ферганский политехнический институт muhammadazim@inbox. ru
АННОТАЦИЯ
В статье анализируются достоинства и недостатки этих методов подготовки зубчатых колес и повышения их поверхностной прочности при термообработке.
Ключевые слова: зубчатых колес, термической обработки, шероховатость поверхности, твердость, точность.
HEAT TREATMENT METHODS FOR INCREASING THE STRENGTH OF
GEARS
ABSTRACT
This article analyzes the advantages and disadvantages of these methods, as well as methods of obtaining gears and increasing their surface strength during heat treatment.
Keywords: gears, heat treatment, surface roughness, hardness, precision.
ВВЕДЕНИЕ.
В современных машинах широко применяют зубчатые передачи. Различают силовые зубчатые передачи, предназначенные для передачи крутящего момента с изменением частоты вращения валов, и кинематические передачи, служащие для передачи вращательного движения между валами при относительно небольших крутящих моментах.
Зубчатые передачи получили широкое распространение благодаря своей универсальности, высокому КПД, возможности применения в широком диапазоне скоростей и мощностей, компактности и надежности. Для обеспечения этих эксплуатационных возможностей предъявляются высокие требования к качеству рабочих поверхностей зубчатых колёс. Для их обработки требуется высокая квалификация и специальная подготовка всех работников. Обработка зубьев и базовых отверстий является одним из самых сложных видов механической обработки, выполняемых на специализированных станках с использованием дорогостоящего специального инструмента.
В зубчатых передачах применяются следующие типы зубчатых колёс:
- цилиндрические (прямозубые, косозубые, спиральные и шевронные);
- конические (прямозубые, косозубые и с криволинейным зубом);
- червячные.
Твердость рабочих поверхностей. В результате термической обработки поверхностная твердость зубьев цементируемых зубчатых колес должна быть в пределах HRC 45.. .60 при глубине слоя цементации 1.. .2 мм. При цианировании твердость HRC 42...53, глубина слоя должна быть в пределах 0,5...0,8 мм. Твердость не закаливаемых поверхностей обычно находится в пределах НВ 180...270.
Для рассматриваемого зубчатого колеса:
- посадочное отверстие выполняется по 7-му квалитету;
- точность формы не задается;
- точность взаимного расположения ограничена величиной торцового биения плоских поверхностей относительно оси отверстия не более 0,016 мм, а также величиной несимметричности шпоночного паза относительно оси отверстия не более 0,02 мм;
- шероховатость поверхности зубчатого венца Яа = 0,63 мкм, отверстия и торцов - 1,6 мкм. Зубчатый венец закаливается ТВЧ до HRC 45...50 на глубину 1.....2 мм.
В зависимости от назначения, передаваемых нагрузок и условий эксплуатации выбирается материал для изготовления зубчатых колёс. При этом необходимо учитывать и такие требования к материалу как: хорошая обрабатываемость резанием, наименьшее коробление при термообработке, низкая стоимость.
В соответствии с основными эксплуатационными требованиями, такими как высокая прочность, износостойкость, долговечность и с учётом технологических требований, для производства зубчатых колёс применяются конструкционные стали: углеродистые (40, 45, 50), углеродистые пониженной прокаливаемости (55ПП), хромистые (20Х, 35Х, 40Х, 50Х), хромоникелевые (12ХНЗА, 12Х2Н4А, 2ОХНЗА, 20Х2Н4А, 20ХН, 40ХН), хромоникелевые с бором (20ХНР) и с молибденом (20ХНМ, 20ХН2М, 18Х2Н4МА), хромомарганцевые (18ХГ), хромомарганцевые с титаном (18ХГТ, 25ХГТ, З0ХГТ), с никелем (14ХГН, 19ХГН), с молибденом и титаном (25ХГМ), хромомолибденовые (20ХМ), хромомарганцевоникелевые с титаном (15ХГНТА, 15ХГН2ТА), с бором (20ХГНР), с титаном и бором (20ХГНТР), с молибденом и титаном (25ХГНМТ), хромомолибденоалюминиевые (38ХМЮА, 38Х2МЮА).
Основными недостатками зубчатых колёс, изготовленных из углеродистых сталей, являются относительно низкая прочность и большое коробление при термообработке.
Легированные стали с содержанием хрома, никеля, молибдена и других легирующих элементов используются для изготовления высоконагруженных зубчатых колёс. В связи с малым содержанием углерода поверхностный слой зубчатых колёс, изготовленных из легированных сталей, подвергается цементации и нитроцементации, а из среднеуглеродистых сталей - азотированию. После химикотермической обработки зубчатые колёса из этих сталей имеют более высокую износостойкость, ударную вязкость и сопротивление усталости. В зависимости от служебного назначения зубчатые колеса изготавливают, как правило, из углеродистых, легированных сталей, но в ряде случаев - из чугуна, пластмасс и бронзы.
Материал зубчатых колес должен обладать однородной структурой, которая способствует стабильности размеров после термической обработки, особенно размеров отверстия и шага колес. Нестабильность размеров возникает после цементации и закалки, когда в заготовке сохраняется остаточный аустенит, а также может возникнуть в результате наклепа и при механической обработке. Равновесие внутренних напряжений в металле нарушается при большой глубине резания. При изготовлении высокоточных зубчатых колес для снятия в них внутренних напряжений рекомендуется чередовать механическую обработку с операциями термической обработки.
Большое значение имеет также неоднородная твердость заготовки в разных местах обода колеса. Это вызывает различие упругих отжатий технологической системы и приводит к дополнительным погрешностям эвольвентного профиля зуба, окружного шага, биению зубчатого венца и другим погрешностям зубьев.
Точность колеса после термической обработки снижается на 0,5-1,0 степень и снижается тем меньше, чем лучше подобран материал по стабилизации размеров при термической обработке. Легированные стали, как правило, коробятся меньше, чем углеродистые.
Например, цилиндрические зубчатые колеса 5-6-й степеней точности, использующиеся в силовых и точных кинематических передачах станков, обычно изготавливают в зависимости от условий из сталей 25ХГТ (для нитроцементации), 18ХГТ (для цементации), 40Х и 40ХФА (для закалки). Сталь 25ХГТ обладает повышенной прочностью по сравнению со сталью 18ХГТ.
Хромомолибденовые стали используют при изготовлении цементируемых зубчатых колес.
Последовательность механической и термической обработки при изготовлении зубчатых колес 6-й степени точности диаметром 80-220 мм и с модулем т=2,5-5,0 мм из стали 18ХГТ для средне и мелкосерийного производства указана ниже: • 1) изготовление штамповок и поковок;
• 2) предварительная токарно-револьверная обработка;
• 3) нормализация (термическая обработка) для измельчения структуры и уменьшения деформации при последующей термической обработке: нагрев до (960 ± 10)°С, выдержка после нагрева до заданной температуры в течение 1,5 -2 ч, охлаждение на воздухе;
• 4) механическая обработка, мойка и контроль перед термической обработкой;
• 5) термическая обработка - цементация, закалка, отпуск. Глубина цементируемого и нитроцементируемого слоя - до 1 мм, но не более 1,5-1,8 мм, температура для цементации - (930 ± 10)°С, для нитроцементации - (870±10)°С. После цементации - закалка в масле (температура 60-80°С) или закалка с нагревом ТВЧ, охлаждающая среда - эмульсия 10-15%-й концентрации, масло индустриальное 12 или 20 (веретенное 2 или 3). Затем отпуск в шахтной электропечи или масляной электрованне, температура (190 ± 10)°С, время выдержки 2 ч. В табл. 5.4 указана рекомендуемая глубина упрочнения для различных видов упрочнения в зависимости от модуля зубчатого колеса. Из этой таблицы следует, что рекомендуемая глубина упрочнения увеличивается в зависимости от модуля колеса. Пример последовательности термической обработки при изготовлении зубчатых колес из некоторых материалов приведен в табл. 5.5;
• 6) чистовая механическая обработка, предварительное шлифование по наружному диаметру венца и базового торца, предварительное шлифование поверхности отверстия и второго торца, предварительное шлифование зубьев;
• 7) искусственное старение - в электрической масляной ванне (температура нагрева - (150 ± 10)°С, время выдержки после загрузки -8-10 ч);
• 8) отделочная механическая обработка - окончательное шлифование по наружному диаметру венца и базового торца, окончательное шлифование поверхности отверстия и второго торца за один установ;
Таблица
Рекомендуемая глубина (мм) упрочнения для различных видов упрочнения
в зависимости от модуля
Вид упрочнения Модуль, мм
3 3,5 4,0 4,5
Цементация 0,7 0,8 0,9 1,0
Н итроцементация 0,5 0,6 0,7 0,8
Азотирование 0,35 0,40 0,45 0,50
Закалка нагревом ТВЧ 0,7 0,8 0,9 1,0
Последовательность термической обработки зубчатых колес
Температура упрочнения, °С Термическая обработка
Марка материала зубчатого колеса Способ упрочнения Продолжительност] упрочнения, ч Охлаждение Закалка Отпуск Охлаждение HRC 3
20ХН М Газовая цементаци я в контролируемой атмосфере 920950 7-10 820— 840°С (в той же В масл е Низкий, 180°С Возду х 5863
18ХГТ — — атмосфер е) — 2 ч — —
20Х Цементаци 920950 — 820— 840°С на воздухе В масл е Низкий, 180— 200°С Возду х 5863
12ХНЗ А я в контролир уемой атмосфере 920950 С печью до 700°С, затем на воздухе В масл е, 800 820° С Низкий, 180— 200°С Высоки й, 650— 680°С Возду х 5863
40Х — — — Нагрев ТВЧ В масл е Низкий, 180— 200°С Возду х —
REFERENCES
1. Файзиматов Ш. Н., Рустамов М. А. Аэродинамический эффект для автоматизации процесса перекачки химических агрессивных реагентов //Современные исследования. - 2018. - №. 6. - С. 112-115.
2. Файзимтов Ш. Н., Рустамов М. А. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ И УСТАНОВКИ ЗАКЛЕПОК В ОТВЕРСТИЕ С
ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСЬЮ //НАУЧНЫЙ ПОИСК В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ. -2017. - С. 44-45.
3. Nomanjonov, S., et al. "STAMP DESIGN." Экономика и социум 12 (2019): 101104.
4. Рубидинов, Шохрух Еайратжон Угли. "Бикрлиги паст валларга совук ишлов бериш усули." Scientific progress 1.6 (2021): 413-417.
5. O'Lmasov Ahadjon Akramjon O. G. et al. New approaches in the diagnosis and monitoring of rotor oscillations using shaft sensors //Science and Education. - 2020. -Т. 1. - №. 1. - С. 158-166.
6. Тешабоев, Анвар Эргашeвич, et al. "Машинасозликда юза тозалигини назоратини автоматлаш." Scientific progress 1.5 (2021).
7. Юсупов С. М. и др. КОМПАЗИЦИОН МАТЕРИАЛЛАРНИ БОРЛАШ //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 4.
8. Fayzimatov, Sh, and Sh Rubidinov. "DETERMINATION OF THE BENDING STIFFNESS OF THIN-WALLED SHAFTS BY THE EXPERIMENTAL METHODOLOGICAL METHOD DUE TO THE FORMATION OF INTERNAL STRESSES." International Engineering Journal For Research & Development 6.2 (2021): 5-5.
9. Qosimova Z. M. Influence of The Design of The Rolling Roller on The Quality of The Surface Layer During Plastic Deformation on the Workpiece. - 2021.
10. Юсуфжонов О. F., Еайратов Ж. F. ШТАМПЛАШ ЖАРАЁНИДА ИШЧИ ЮЗАЛАРНИ ЕЙИЛИШГА БАРДОШЛИЛИГИНИ ОШИРИШДА МОЙЛАШНИ АХДМИЯТИ //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 6. - С. 962-966.
11. Рубидинов, Шохрух Fайратжон Угли, and Камолиддин Инхомали Угли Акбаров. "МАШИНАСОЗЛИКДА СОЧИЛУВЧАН МАТЕРИАЛЛАРНИ ТАШИШДА ТРАНСПОРТЕР ТИЗИМЛАРИНИНГ АХДМИЯТИ." Scientific progress 2.2 (2021): 182-187.
12. Рубидинов, Шохрух Fайратжон Угли, and Жасурбек Fайратжон Угли Fайратов. "ШТАМПЛАРНИ ТАЪМИРЛАШДА ЗАМОНАВИЙ ТЕХНОЛОГИЯ ХРОМЛАШ УСУЛИДАН ФОЙДАЛАНИШ." Scientific progress 2.5 (2021): 469473.
13. Юлчиева, Сурайё Бахрамовна, et al. "ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРФИРИТОВЫХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В АГРЕССИВНОЙ СРЕДЕ." Universum: технические науки 8-1 (89) (2021): 90-94.
14. Отакулов О. Х. и др. КОМПРЕССОР ВАЛЛАРИДАГИ САЛБИЙ ТИТРАШЛАРНИ БАРТАРАФ ЭТИШДА КИМЁВИЙ ТЕРМИК ИШЛОВ БЕРИБ ЦЕМЕНТИТЛАШ ЖАРАЁНИНИНГ МЕТОДОЛОГИЯСИ ВА АФЗАЛЛИКЛАРИ
//МОЛОДОЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬ: ВЫЗОВЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ. - 2020. - С. 312-316.
15. Todjiboyev R. K., Ulmasov A. A., Sh M. 3M structural bonding tape 9270 //Science and Education. - 2021. - Т. 2. - №. 4. - С. 146-149.
16. Косимова З. М. и др. Повышение эффективности средств измерения при помощи расчетно-аналитического метода измерительной системы //Science and Education. - 2021. - Т. 2. - №. 5. - С. 435-440.
17. Medatovna K. Z., Igorevich D. D. Welding Equipment Modernization //International Journal of Human Computing Studies. - 2021. - Т. 3. - №. 3. - С. 10-13.
18. Мамуров Э. Т., Косимова З. М., Джемилов Д. И. Повышение производительности станков с числовым программным управлением в машиностроении //Science and Education. - 2021. - Т. 2. - №. 5. - С. 454-458.
19. Мамуров Э. Т., Косимова З. М., Собиров С. С. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CAD-CAM ПРОГРАММ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 1. - С. 574-578.
20. Мамуров Э. Т., Косимова З. М., Гильванов Р. Р. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 1. - С. 918-923.
21. Akramov, Maksadjon Muxtarovich. "METALLARNI KORROZIYALANISHI VA ULARNI OLDINI OLISH SAMARODORLIGI." Scientific progress 2.2 (2021): 670-675.
22. Turakhodjaev N. et al. EFFECT OF METAL CRYSTALLATION PERIOD ON PRODUCT QUALITY //Theoretical & Applied Science. - 2020. - №. 11. - С. 23-31.
23. Nodir T. et al. Development Of Technology To Increase Resistance Of High Chromium Cast Iron //The American Journal of Engineering and Technology. - 2021. -Т. 3. - №. 03. - С. 85-92.
24. Рубидинов Ш. F. У. Бикрлиги паст валларга совук ишлов бериш усули //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 6. - С. 413-417.
25. Тешабоев А. Э. и др. Машинасозликда юза тозалигини назоратини автоматлаш //Scientific progress. - 2021. - Т. 1. - №. 5.
26. Nomanjonov S. et al. STAMP DESIGN //Экономика и социум. - 2019. - №. 12. - С. 101-104.
27. Fayzimatov S., Rubidinov S. DETERMINATION OF THE BENDING STIFFNESS OF THIN-WALLED SHAFTS BY THE EXPERIMENTAL METHODOLOGICAL METHOD DUE TO THE FORMATION OF INTERNAL STRESSES //International Engineering Journal For Research & Development. - 2021. -Т. 6. - №. 2. - С. 5-5.
28. Рубидинов Ш. F. У., Акбаров К. И. У. МАШИНАСОЗЛИКДА СОЧИЛУВЧАН МАТЕРИАЛЛАРНИ ТАШИШДА ТРАНСПОРТЕР
ТИЗИМЛАРИНИНГ АХДМИЯТИ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 2. - С. 182-187.
29. Рубидинов Ш. F. У., Гайратов Ж. F. У. ШТАМПЛАРНИ ТАЪМИРЛАШДА ЗАМОНАВИЙ ТЕХНОЛОГИЯ ХРОМЛАШ УСУЛИДАН ФОЙДАЛАНИШ //Scientific progress. - 2021. - Т. 2. - №. 5. - С. 469-473.
30. Юлчиева С. Б. и др. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРФИРИТОВЫХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В АГРЕССИВНОЙ СРЕДЕ //Universum: технические науки. - 2021. - №. 8-1 (89). - С. 90-94.
