工艺课程设计模板

辽宁工业大学工艺课程设计（论文）题目：40Cr机床齿轮热处理工艺设计院（系）：材料科学与工程学院专业班级：材料082学号：080208050学生姓名：范宇羚指导教师：李强起止时间：2011-7-4~2011-7-15课程设计（论文）任务及评语院（系）：材料科学与工程学院教研室：材料科学与工程教研室学号080208050学生姓名范宇羚专业班级材料082课程设计（论文）题目40Cr机床齿轮热处理工艺设计课程设计（论文）要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述40Cr钢渗碳淬火、回火热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述齿轮热处理质量检验项目、内容及要求；阐明齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。二、课设任务1.齿轮材料的选择（要求在满足工件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，合理选择材料）；2.给出40Cr钢的C曲线；3.给出40Cr机床齿轮冷热加工工艺流程图；4.制定40Cr机床齿轮渗碳淬火-回火热处理工艺。三、设计说明书要求设计说明书包括三部分：1）概述；2）工艺设计；3）参考文献。设计说明书结构见《工艺设计模板》。工作计划集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论1.5天，设计7天：1）概述0.5天，2）服役条件与性能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4）结构形状与热处理工艺性0.5天，5）冷热加工工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7）热处理工艺设计2天，8）工艺的理论基础、原则0.5天，9）设计工夹具0.5天，10）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，11）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。指导教师评语及成绩成绩：学生签字：指导教师签字：年月日辽宁工业大学课程设计说明书（论文）I目录（小二号黑体，段前段后1行，1.25倍行距，居中排列）1齿轮热处理概述................................................1240Cr机床齿轮热处理工艺设计...................................22.1齿轮的服役条件、失效形式及性能要求........................22.1.1服役条件、失效形式............................................22.1.2性能要求......................................................22.2齿轮材料的选择...........................................22.340Cr钢的C曲线...........................................32.440Cr机床齿轮的热处理工艺设计.............................42.4.140Cr机床齿轮的工艺流程.......................................42.4.240Cr机床齿轮的热处理工艺设计.................................52.540Cr机床齿轮的热处理工艺理论基础、原则...................72.5.140Cr机床齿轮的正火工艺理论基础、原则.........................82.5.240Cr机床齿轮的气体渗碳工艺理论基础、原则.....................92.5.340Cr机床齿轮渗碳后淬火工艺原理..............................112.5.440Cr机床齿轮回火工艺理论基础、原则..........................122.6选择设备、仪表和工夹具...................................132.6.1设备.........................................................132.6.2仪表.........................................................152.6.3设计工夹具...................................................152.740Cr机床齿轮热处理质量检验项目、内容及要求..............162.840Cr机床齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法..............172.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法.............................172.8.2渗碳时常见的缺陷的预防及补救方法.............................182.8.3渗碳后淬火、回火缺陷与预防、补救.............................192.9热处理工艺卡...................................................202.9.140Cr机床齿轮正火工艺卡.................................12.9.240Cr机床齿轮渗碳工艺卡.................................22.9.340Cr机床齿轮淬火工艺卡.................................22.9.440Cr机床齿轮回火工艺卡.................................2辽宁工业大学课程设计说明书（论文）II3.参考文献......................................................1辽宁工业大学课程设计说明书（论文）11齿轮热处理概述（小二号黑体，段前段后1行，1.25倍行距，居中排列）变速箱的齿轮或齿轴一般都要承受交变载荷甚至冲击载荷，接触应力大，齿面易磨损。因此，对齿轮的要求是表面硬且耐磨，心部强而韧，具有高的抗疲劳强度，表面不崩裂，不压陷，不点蚀，为了满足这些性能的要求，常常采用普低钢(******、20CrMnMo)经正火、渗碳、淬火加低温回火的热处理工艺，而且渗碳层必须有合适的碳浓度、碳层深度和金相组织。（正文小四号宋体，段前段后0.25行，1.25倍行距）40Cr钢的含碳质量分数比较低，一次预备热处理是正火，主要目的是为了提高钢的硬度，便于钢坯的切削加工。渗碳的目的是为了使齿轮表面获得高的含碳量，随后经淬火加低温回火后，是零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。通过对经典40Cr钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。根据齿轮的工作条件，失效形式及性能要求，本设计选择的齿轮材料为******渗碳齿轮钢；在设计正火-渗碳-淬火加低温回火热处理工艺中，本设计借鉴了《热处理工程师手册》，《钢的热处理》，《机床零件用钢》，《齿轮热处理译文集》等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的******渗碳齿轮钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的耐点蚀性能，高的疲劳强度，还要使心部具有高的的强度和韧性，从而满足齿轮的质量要求。辽宁工业大学课程设计说明书（论文）22*****齿轮热处理工艺设计2.1齿轮的服役条件、失效形式及性能要求（三号黑体，段前段后0.5行，1.25倍行距，左对齐排列）2.1.1服役条件、失效形式（三号黑体，段前段后0.25行，1.25倍行距，左对齐排列）齿轮在传递动载力及变速度的运动过程中一对咬合齿面之间既有滚动，又有滑动，而且齿轮根部还将受到脉动或交变弯曲应力的作用。齿面和齿根在上述不同应力作用下导致不同的失效形式，主要有疲劳磨损、表面点蚀、皮下点蚀、弯曲疲劳折断，冲击折断等。（正文小四号宋体，段前段后0.25行，1.25倍行距）2.1.2性能要求1.具有高的接触疲劳极限；2.具有高的抗弯强度；3.具有高的耐磨性；4.具有足够的冲击韧性；5.具有高的传递精度和最小的工作响音。2.2齿轮材料的选择具体齿轮材料的选用主要是根据齿轮工作时载荷的大小,转速的高低及齿轮的精度要求来确定的。载荷大小主要是指齿轮传递转矩的大小,通常以齿面上单位压应力作为衡量标志。一般分为:轻载荷、中载荷、重载荷和超重载荷。齿轮工作时转速越大,齿面和齿根受到的交变应力次数越多,齿面磨损越严重。因此可以把齿轮转动的圆周速度v的大小,作为材料承受疲劳和磨损的尺度。一般分为:低速轮(1～9m/s);中速齿轮(6～10m/s);高速齿轮(10～15m/s)。齿轮的精度高,则齿形准确,公差小,啮合紧密,传动平稳且无噪声。机床齿轮精度一般为6～8级(中、低速)和8～12级(高速),汽车、拖拉机齿轮精度一般为6～8级。1.轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮,选用中碳钢,如Q235、Q275、40、45、50、50Mn等钢制造,常用正火或调质等热处理制成软齿面齿轮,正火硬度HBS160～200;一般调质硬度HBS200～280。因硬度适中,精切齿廓可在热处理后进行,工艺简单,成本低。齿面硬度不高则易于磨合,但承载能力也不高。这种齿轮主要用于标准系列减速箱齿轮、冶金机械、中载机械和机床中的一些次要齿轮。2.中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮,选用中碳钢或合金调质钢,辽宁工业大学课程设计说明书（论文）3如45、50Mn、40Cr、42SiMn等钢,也可采用55Tid、60Tid等低淬透性钢。其最终热处理采用高频或中频淬火及低温回火,制成硬齿面齿轮,可达齿面硬度HRC50～55,齿轮心部保持正火或调质状态,具有较好的韧性。由于感应加热表面淬火的齿轮变形小,若精度要求不高(如7级以下),可不必再磨齿。机床中绝大多数齿轮就是这种类型的齿轮。对表面硬化的齿轮,应注意控制硬化层深度及硬化层沿齿廓的合理分布。3.重载、高速或中速,且受较大冲击载荷的齿轮,选用低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢,如20Cr、40Cr、20CrNi3、18Cr2Ni4WA、40Cr、30CrMnTi等钢。其热处理采用渗碳、淬火、低温回火,齿轮表面获得HRC58～63的高硬度,因淬透性较高,齿轮心部有较高的强度和韧性。这种齿轮的表面耐磨性、抗疲劳强度和齿根的抗弯强度及心部抗冲击能力都比表面淬火的齿轮高,但热处理变形大,精度要求较高时,最后一般要安排磨削。它适用于工作条件较为恶劣的汽车、拖拉机的变速箱和后桥齿轮。渗碳齿轮钢的碳含量一般在0.12%～0.25%之间，其所含主要合金元素一般是铬、锰、铌、钼、钨、钛等。渗碳齿轮钢还应满足下列要求：1）非金属夹杂物少；2）切削加工性好；3）晶粒度小和含氧量少（铝脱氧钢）；4）淬火变形小；汽车变速齿轮工作条件比机床齿轮差,特别是主传动系统中的齿轮。它受力较大,受冲击较频繁,因此对材料要求较高。由于弯曲与接触应力都很大,所以重要齿轮都需要渗碳、淬火处理,以提高耐磨性和疲劳抗力。为了保证心部有足够的强度及韧性,材料的淬透性要求较高,心部硬度应在HRC35～45。另外,汽车生产特点是批量大,因此在选钢材时,在满足力学性能的前提下对工艺性能必须予以足够的重视。实践证明,******钢具有较高的力学性能,在渗碳,淬火、低温回火后,表面硬度可达HRC58～62,心部硬度HRC30～45,正火切削加工工艺性和热处理工艺性均较好。2.3******钢的C曲线辽宁工业大学课程设计说明书（论文）4通过查找《热处理手册》获得******钢的C曲线如下图1和图2所示，成分如表1。图1.******钢C曲线图2.******钢（渗碳后）C曲线（图名小四号黑体，段前段后0.5行，1.25倍行距，全文图序由小到大排列）表1*