Введение 6
Глава 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования 12
1.1. Условия работы зубчатых колес 12
1.2 Стали для зубчатых колес 21
1.3 Основные параметры зубчатых колес 29
1.3.1 Модуль зуба 29
1.3.2 Пятно контакта 33
1.3 Технология упрочняющей обработки 43
Глава 2. Материалы и методы исследования 55
2.1 Статистический анализ качества металлопроката и
термообработанных поковок из сталей 20ХГНМТА и 18ХГР 56
2.1.1 Химический состав, прокаливаемость и структура стали при
входном контроле металлопроката 57
2.1.2 Структура и свойства поковок после термической обработки.. 66
2.2 Влияние начальных этапов производства шестерён на деформацию
и коробления готовых изделий 73
2.2.1 Влияние термической обработки на деформацию стали при химико-термической обработке 73
2.3 Влияние легирующих элементов на прокаливаемость стали 78
Глава 3. Разработка и обоснование технологии химико-термической обработки зубчатых деталей 83
3.1 Влияние температурного режима ХТО на свойства 83
упрочненных деталей 83
3.2 Влияние способа химико-термической обработки на деформацию и
коробление деталей 97
3.3 Интенсификация процесса насыщения стали углеродом при
цементации 113
Глава 4. Выводы и рекомендации 117
Список использованной литературы 119
Приложение 1 125
Приложение 2 128

Купить

Для обеспечения надёжности и долговечности шестерён необходимо
решение комплексной задачи в состав которой входят конструкторско-технологические факторы и условия эксплуатации (рисунок 1.1)
Рисунок 1.1 Основные факторы определяющие
работоспособность и долговечность изделий.
Значительная роль в повышении ресурса шестерён отводится
конструкторско-технологическому фактору, основополагающим условием
которого является уменьшение фактических напряжений в зацеплении. Эта
задача может быть решена за счёт комплексного решения проблемы, одной
из которых является снижение и стабилизация деформации и коробления
шестерён [1].
На рисунке 1.2 указаны основные факторы влияющие на деформацию и
коробления изделий. Видно, что деформация зависит от многих факторов,
причём как от тех, которые влияют на неё непосредственно (действуют на
стадиях механической и химико-термической обработок), так и от тех,
которые непосредственно не связанны с формированием размеров и формы
деталей (химический состав, технология изготовления заготовок и их
термическая обработка). Отсюда следует, что склонность будущей детали к
деформации формируется на протяжении всего производственного процесса
Долговечность зубчатых колёс
конструкция материал технология
изготовления и
сборки
условия
эксплуатации7
– с поступлением металла (определённого химического состава) на завод,
затем на этапах изготовления заготовок и их термической обработки и,
наконец, при изготовлении и упрочнении деталей.
  
Рисунок 1.2 Классификационная структура деформации и
коробления изделий.
На основе количественной оценки вкладов различных факторов
установлено, что общая деформация шестерён формируется и накапливается
в процессе всего цикла изготовления и обработки деталей: при изготовлении
и термической заготовок, при механической и ХТО деталей. При этом по
заключению специалистов НИИТ автопрома доля ХТО составляет ~ 30% от
общей деформации, доля механической обработки ~ 30% и ~ 40% отводится
технологическим свойствам стали и технологии изготовления поковок.
Поэтому для установления закономерностей формирования склонности
стали к деформации необходимо изучить результаты воздействия на сталь
Деформация и коробление
конструкция
детали
технология
изготовления
заготовок
технология
механической
обработки
технология
окончательной
упрочняющей
термической
обработки
химический состав
стали
технология
термической
обработки
заготовок
дополнительная
технология (сварка,
наплавка, запрессовка и
т.д.)8
многочисленных факторов на протяжении всего технологического маршрута
изготовления деталей, а также условия, в которых она происходит.
Значительная роль в повышении ресурса шестерен и снижении уровня
шума в зубчатых зацеплениях отводится конструкторско-технологическому
фактору и в первую очередь точности геометрических размеров, чистоте и
площади контакта зубьев в полюсе зацепления сопрягаемых деталей.
К настоящему времени в стране и за рубежом хорошо зарекомендовали
и широко применяются для изготовления деталей машин стали АISI8620;
19ХГН, 20ХГНМ, 20Х2Н4А, 20ХГНМТА, 16МnСr5, 15ХГН2ТА, 20МnСr5,
ZF7B и др., обладающие высоким комплексом физико-механических свойств
и обеспечивающие высокую долговечность и надежность изделий в
эксплуатации.
Но, все же «нестареющий» и актуальной проблемой в машиностроении
всегда была и остается проблема деформации и коробления деталей, от
которой зависит не только качество сборки, но и стабильность и
равномерность распределения нагрузки в процессе работы изделия,
плавность зацепления зубчатых колес и т.д.
Экспериментальные данные НИИ и промышленных предприятий
показывают, что в накоплении деформации и коробления деталей участвуют
не только технологии механической обработки и упрочнения, но также и
материал, условия производства поковок и их термическая обработка.
Существенный вклад в деформацию деталей вносит нестабильность
структурного состояния металлопроката из-за колебания химического
состава стали, не идентичность условий нагрева заготовок и охлаждения
штамповок после пластической деформации, а также неоднородность и
неравномерность микроструктуры стали после термической обработки
поковок. Все эти факторы существенно влияют на наклеп поверхности
деталей при механической обработке и служат одной из причин изменения
геометрических размеров упрочненных изделий [4].9
Таким образом, в технологическом процессе изготовления деталей нет
исключительного этапа, качественное выполнение которого всегда
обеспечивало бы высокую и стабильную точность деталей. Для достижения
этой цели необходимо совершенствовать все этапы производства продукции
– начиная от поступления металла и заканчивая финишными (доводочными)
операциями, используемых для упрочненных деталей.
Основными факторами вносящими вклад в деформацию и коробление
деталей при химико-термической обработке являются:
1. Широкий интервал по прокаливаемости стали в состоянии
поставки;
2. Технология горячей объемной штамповки (температура начала и
окончания пластической деформации и условия охлаждения поковок после
штамповки);
3. Технология изотермического отжига (температура
аустенитизации, условия подстуживания и температура изотермической
выдержки);
4. Технология механической обработки;
5. Технология упрочняющей термической обработки (условия
нагрева, укладки и охлаждения).
Цель работы – выявление основополагающих критериев,
определяющих степень деформации шестерен главной передачи,
исследование влияния отдельных параметров (хим. состава, технологии
штамповки, предварительной термической обработки, механической и
химико-термической обработок) на изменения геометрических размеров
шестерён и выдача рекомендаций по стабилизации и снижению деформации
и коробления деталей.
Поставленная цель реализовывалась путем проведения комплексных
исследований по ряду направлений, в ходе которых потребовалось решить
следующие задачи:10
- выполнить статистические исследования химического состава,
свойств, макро- и микроструктуры сталей 20ХГНМТА и 18ХГР в состоянии
поставки металлопроката;
- исследовать влияние параметров термической обработки на
структуру и твердость поковок из сталей 20ХГНМТА и 18ХГР;
- разработать и апробировать способ отжига поковок, обеспечивающий
стабильное формирование благоприятной и однородной структуры стали для
механической обработки и последующей технологии упрочнения;
- разработать и обосновать технологию химико-термической обработки
шестерен с целью снижения их деформации и коробления;
- изготовить опытно-промышленную партию деталей по разработанной
технологии отжига и ХТО и оценить их качество.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Разработан и обоснован способ низкотемпературной цементации
и химико-термической обработки зубчатых деталей, позволяющий
минимизировать их деформацию и коробление при сохранении высокого
уровня свойств изделий.
2. Установлена наследственная связь между технологией
термообработки поковок и деформацией при цементации изделий.
Апробация работы и основные публикации:
1. Патент 2617185 С2 Российская Федерация, МПК С21Д 1/78;
С21Д 1/25. Способ термической обработки литых сталей. / В.И. Астащенко,
А.И. Швеёв, Т.В. Швеёва, И.Н. Халиков, Е.Е. Новиков.-№ 2015143948 заявл.
от 13.10.2015г; опубл. 21.04.2017, Бюл. №12.
2. К вопросу обеспечения высокой эксплуатационной стойкости
деталей машин / В.И. Астащенко, Т.В. Швеёва, Н.Н. Западнова, А.И. Швеёв,
Е.Е. Новиков // Вестник Казанского государственного технического
университета им. А.Н. Туполева.-2017, №1.- С. 31-37.
3. Новые технологические решения химико-термической обработки
и микролегирование сталей / Т.В. Швеёва, В.И. Астащенко, А.И. Швеёв, Д.Н.11
Пермяков, Е.Е. Новиков // Вестник Казанского государственного
технического университета им. А.Н. Туполева.-2017, №4.- С. 17-23.
4. Рециклирование металла забракованных при дефектации деталей
автомобиля / А.И. Швеёв, В.И. Астащенко, Т.В. Швеёва, Д.Н. Пермяков, Е.Е.
Новиков // Вестник Казанского государственного технического университета
им. А.Н. Туполева.-2017, №4.- С. 38-41.
5. О методологии отбора проб и заготовок для исследования
металлопроката / Т.В. Швеёва, В.И. Астащенко, А.И. Швеёв, О.К.
Абдуллина, Е.Е. Новиков // Вестник Казанского государственного
технического университета им. А.Н. Туполева.-2017, №2.- С. 85-91.
6. Инновационная технология химико-термической обработки
хромоникелевых сталей / Т.В. Швеёва, В.И. Астащенко, А.И. Швеёв, Д.Н.
Пермяков, Е.Е.Новиков // Материалы VIII Международной научнотехнической конференции «Инновационные машиностроительные
технологии, оборудование и материалы – 2017» (МНТК «ИМТОМ–2017»). Ч.
1. – Казань, 2017.-С. 171-175
7. Продление жизненного цикла металла изношенных деталей
машин / А.И. Швеёв, В.И. Астащенко, Т.В. Швеёва, Д.Н. Пермяков, Е.Е
Новиков // Материалы VIII Международной научно-технической
конференции «Инновационные машиностроительные технологии,
оборудование и материалы – 2017» (МНТК «ИМТОМ–2017»). Ч. 1. – Казань,
2017.-С. 163-165
Купить