Способ изготовления тяжелонагруженных шестерен

/ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Х АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЬФ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1.Вапуазгез КоЬазг арой."КоЬазг", Нппяату 982, 115, 9 6,р. 244-253.2, Авторское свицетельство СССРВ 331101, кл. С 21 Р 1/78, 1970,3. Технологическая карта Московского автомобильного завода им. И.А. Ли-хачева. Изделие 30-402 ОБ, 1212403060, 130-1701051(54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ШЕСТЕРЕН, включающий горячее деформирование, охлаждение, предварительную механическую обработку путем формообразования зуба и шлифования, термическую обработку, окончательную механическую обработку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения долговечности деталей и улучшения их обрабатываемости, формообразование зуба осуществляют в процессе горячей деформации с окончанием ее при 900-740 С, затемо,проводят охлаждение со скоростью 500- ;50 С/с до 680-500 С.1 11357Изобретение относится к металлургии, в частности к способу изготовления тяжелонагруженных деталей, и может быть использовано при изготовлении машин и механизмов, например 5 зубчатых колес, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, больших удельных давлений и повьппенного износа, .1 ОИзвестен способ изготовления тяже" лонагруженных деталей, например зубчатых колес, заключающийся в том, что, с целью повышения долговечности деталей в химический состав стали вводят микролегирующие элементы, ао регулируемую прокатку ведут до 980 С, далее идет медленное охлаждение со скоростью 200 С/ч 1 .Недостатком данного способа является использование дефицитных легирующих элементов и пониженная обрабатываемость резанием. Известен способ обработки деталей, преимущественно поршневых пальцев, включающий пластическую деформацию, стабилизирующий отйуск и химикотермическую обработку, который направлен на ускорение процесса химико- термической обработки н улучшения свойств детали 121.Недостатком известного способа является то, что из-эа малой массы изготавливаемых деталей невозможно регулировать скорость охлаждения, что в свою очередь не обеспечивает удо-, влетворительной дальнейшей обрабатываемости и долговечности изделия.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления шестерен, заключающийся в горячем деформировании с большим припуском на механическую обработку, мед" ленном охлаждении со скоростью 50- 300 С/ч, последующей предварительной термической обработке по режиму: нормализация при 930-950 С в течение 3-х ч, охлаждение на воздухе, высокий отпуск при 660-680 С в течение 10 ч или отжиг в зависимости от химического постава стали, предварительной механической обработке и последующей термической обработке: цементации или нитроцементации с последующей закалкой и низким отпуском. Окончательная механическая обработка заключается в шлифовке или хонинговании 31,78 2Однако известный способ изготовления тяжелонагруженных деталей не обеспечивает требуемой долговечности и, кроме этого, при проведении механической обработки имеет место повышенный износ инструмента.Цель изобретения - увеличение долговечности деталей и улучшение их обрабатываемости.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления тяжелонагруженных шестерен, включающему горячее деформирование, охлаждение, предварительную механическую обработку путем формообразования зуба и щрифования, термическую обработку, окончательную механическую обработку, формообразование зуба осуществляют в процессе горячей деформации с окончанием ее при 900-740 С, затем проводят охлаждение со скоростью 500-50 С/со до 680-500 С.Способ осуществляют следующим образом.Заготовку подвергают горячему деформированию с приданием заготовке окончательного размера с минимальным припуском на механическую обработку.Горячую деформацию необходимо завершить при 900-740 С в зависимости ото.химического состава сталей. Окончание деформации при температурах выше 900 оС приводит к рекристаллизации аустенита и быстрому росту величины аустенитного зерна, которая полностью снимает эффект увеличения долговечности деталей. Деформация при температурах нике740 С вызывает образование на поверхОности деталей микротрещин. Затем проводят быстрое охлаждение заготовки до 680-500 С со скоростью 500-50 С/с с последующим медленным охлаждением.Под горячим деформированием понимается штамповка заготовок с зубьями, накатка зубчатых колес, поперечно-клиновая прокатка, штамповка в закрытых штампах, которые позволяют получить детали с размерами, близкими к окончательным. Последующей предварительной механической обработкой может быть шлифование или фрезерова - ние в зависимости от формы и размеров деталей. Термообработку деталей ведут в зависимости от химического состава стали, Окончательная механическая обработка заключается в хонинговании посадочных мест или шлиФовании профиля зуба.з 11357За счет горячей деформации и интенсивного контролируемого охлаждения со скоростью 500-50 С/с (в завиосимости от химического состава стали, средняя площадь зерна уменьшается с 4000 до 125 мкм в структуре деформи.2рованного слоя, твердость в этой зоне колеблется от 48 до 24 ед. НКС в зависимости от содержания углерода в стали. В зависимости от удельных давлений, например, на шестернях коленчатого вала и редукторов достаточно провести шлифовку зуба и деталь будет отличаться высокой работоспособностью в узле. На шестернях коробки перемены передач и заднего моста легковых и грузовых автомобилей после прокатки и охлаждения со скоростью 500-50 С/с до 680-500 С необходимо проводить химико-термичес 20 кую обработку и шлифовку (хонингование). Шестерни, изготовленные предлагаемым способом, отличаются повышенной долговечностью и контактной выносливостью, 25Увеличение скорости охлаждения более 500 С/с приводит к образованию мартенсита и, как следствие, к.большим деформациям.Снижение скорости охлаждения менее 50 С/с приводит к образованию разнозернистой структуры, которая при окончательной термической обработке создает повьппенную деформацию. Для обеспечения стабильного повышения35 долговечности деталей целесообразно вести охлаждение со следующими скоростями: для малоуглеродистых и низ-колегированных сталей 500-300 С/с; для среднеуглеродистых и низколегированных сталей 300-150 С/с; для высокоуглеродистых и легированных сталей 150-50 С/с.П р и м е р. Проводят изготовление шестерней из стали 25 ХГТ по предлагаемому и по известному способам.Горячекатаные заготовки шестерено подвергают нагреву ТВЧ до 1280 С, штамповке и горячей накатке зубьев с. температурой поверхности поковки 78 4880 С, после чего детали охлаждают в водовоздушной среде со скоростью 250 С/с до 550 С с дальнейшим охлажде.кием на воздухе, Затем проводят шлифовку зубьев шестерен со снятием поверхностного слоя толщиной 0,5 мм.Износ шлифовального круга. после шлифовки зубьев составляет 0,01 мм, После .этого проводят нитроцементацию на глубину 0,7 мм с последующей закалкой в горячее масло (150 С) и низким от-,опуском при 170 С в течение 1,5 ч,оТвердость поверхности шестерен 59 НКС.Окончательная механическая обработка.д шлифовка внутренней поверхности.Проводят изготовление шестерен по известному способу. Горячекатаные зао готовки подвергают нагреву до 1280 С, штамповке с температурой ее окончания 1180 С, медленному охлаждению и пред 0варительной термической обработке -о нормализации с нагревом до 940 С и охлаждением на воздухе. Предварительная механическая обработка состоит из токарной обработки, нарезания зубьев и их хонингования. Износ шлифовального круга составляет 0,03 мм. Нитроцементацию проводят на глубину 0,1 мм с последующей закалкой в масло (150 оС)ои низким отпуском (170 ) в течейие 1,5 ч. Твердость поверхности шестерен 59 НКС. Окончательная механическая обработка - шлифовка посадочных новерхностей.Проводят сравнительные испытания после изготовления шестерен по известному и предлагаемому способам,Результаты испытаний зубьев шестерен наусталостную прочность изделия 30-1701051 приведены в таблице.Как видно из таблицы, усталостнаяпрочность шестерен, изготовленных попредлагаемому способу, на 703 выше,чем по известному.Ожидаемый экономический эффект отвнедрения предлагаемого способа пригодовом объеме производства 18385шестерен составит 210,5 тыс,руб.1135778 Число циклов до разрушения при нагрузке б 000 кгс по способу Деталь предлагаемому известному 4000 22500 37200. 18700 31300 27100 24000 39700 19100 32000 27600 28000 Среднее значение 39400 231 бб Составитель Л. ВендероваРедактор Н. Яцола Техреду,Легеза Корректор О. Луговая еюеаюююмеааееив п ееею йЗаказ 10248/18 Тираж 552 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4