矿山用大型齿轮热处理

1目录1齿轮参数的计算..................................................错误!未定义书签。1.1产品特点.....................................................错误!未定义书签。1.2齿轮参数.....................................................错误!未定义书签。1.2.1齿轮尺寸、重量的确定.......................................11.2.2齿轮材料的确定.............................................21.3齿轮的二分之一图像...........................................52齿轮的加工流程与热处理工艺......................................52.1加工流程.....................................................52.2正火工艺流程.................................................52.3机加工......................................................72.4调质工艺流程................................................72.5表面感应加热淬火工艺流程......................................82.5.1感应加热介绍..............................................82.5.2感应淬火工艺..............................................82.5.2.1确定硬化层的深度确定....................................82.5.2.2频率的选择..............................................92.5.2.3功率的确定..............................................92.5.2.4加热温度的确定.........................................102.5.2.5冷却方法和冷却介质.....................................103设备的选用.......................................................113.1热处理设备的分类.............................................113.2热处理主要设备...............................................113.3热处理炉的分类、特性及选择...................................123.3.1热处理炉的分类...........................................123.3.2热处理炉的主要特征......................................133.3.3热处理炉的选择...........................................153.3.4所选炉型的介绍与改造方向.................................173.3.5感应淬火设备的选择.......................................213.4热处理辅助设备...............................................234车间布置.........................................................254.1车间在厂区内的位置...........................................254.2车间面积及面积指标...........................................254.3厂房出入口要求...............................................254.4平面布置设计.................................................264.5设备平面布置方法.............................................274.6设备布置间距.................................................275热处理车间建筑物与构筑物.........................................2825.1建筑物的设计...............................................285.2厂房建筑参数...............................................285.3地面载荷及地面材料.........................................285.4特殊构筑物及附属建筑物的设计...............................295.5动力消耗及对公用系统设计...................................295.6热处理辅助设备.............................................353本车间以矿山用大型齿轮的热处理加工为生产对象。本车间设计稿以制定设计任务或预算都不浪费的原则上，合理的选择厂址或车间位置；合理使用建筑面积；尽量将某些生产部门或辅助部门合并等，以便在不影响生产的情况下，缩减基建费用。一、齿轮参数的确定1.1产品特点齿轮式各种机械十分重要的零件。齿轮传递的功率可以从很小到几十万千万，齿轮直径可以由一毫米到一百五十米，转速可达几十万转每分，圆周速度可达300米每秒。正是由于齿轮所具有的这些优良特性使齿轮成为这种机械中最重要的零件之一。所以齿轮的正确设计处理与使用也关系着各种机械的正常运作。矿山行业作为国家基础建设的基础行业关系着国家的国计民生，同时矿山用重型齿轮由于必须满足矿山机械的正常运转，一般具有以下几个特点：传动功率大；扭矩大；传动比大；转速底；具有很大的重量（重量一般在几十吨）。这么大型的齿轮在服役时由于高的传送功率，高扭矩易发生表面磨损、点蚀而使齿轮发生失效，影响正常的生产进度。尽管齿轮很大，却要求足够的精度加工，节距、齿形等误差都必须在限定的范围内。这是因为要尽量减少高速引起的振动和噪音，在强度上也需要足够精度的缘故。由于矿山齿轮的直径大，闭式的情况必然增加不少的成本，该齿轮为开式齿轮。同时带来的相应的问题，开式齿轮由于没有足够的防护措施，齿轮必然将受到杂物的影响，硬质杂物将会对齿面产生磨损从而影响齿轮的正常使用。所以齿面要有较高的硬度来满足开式齿轮的使用。矿山齿轮服役为开式传动。齿轮工作是主要受以下几个因素的影响：（1）受力巨大。矿山机械的显著特点就是需要承受巨大的力。所以齿轮必须合理的设计以及热处理，才能满足矿山机械的需求。（2）硬质颗粒。开式齿轮由于防护不严密，使硬质颗粒进入齿轮集合面，从而对齿轮表面产生损伤。（3）齿轮啮合处的摩擦。由于矿上环境特殊，震动剧烈，齿轮之间必然产生相对滑动，引起齿面的剥落，点蚀。矿山齿轮由于齿轮大，在使用总一般不发生断齿现象，齿轮的主要失效形式表现为齿面磨损与齿面接触疲劳。由上可知矿山齿轮服役条件为低速重载，受硬质颗粒与齿面摩擦的影响。这位后续的设计与处理提出了条件。1.2齿轮参数1.2.1齿轮尺寸、重量的确定根据齿轮的工作条件以及机械设计资料，齿轮选型为轮辐式渐开线齿轮，具体尺寸如下：模数m=20，齿数z=560，压力角α=20°4齿轮直径d=m*z=11200mmHa=1.0*20=20mmHf=1.25*20=25mm齿根圆直径df=d-2Hf=11150mm齿顶圆直径da=d+2Ha=11240mm齿宽B=240mm齿轮重量M=25t年产量为100件由于齿轮尺寸过大，生产时将齿轮沿直径均分为两部分分别铸造。1.2.2齿轮材料的确定大型齿轮的在使用中其主要的失效形式有齿面磨损和齿面接触疲劳。齿面磨损包括胶合磨损和磨粒磨损两种。重载齿轮齿面之间受力巨大，齿面产生胶合，随着齿轮的运动不断产生齿面剥离现象，磨损速度较快，一般为10-16μm/h。磨粒磨损是硬质夹杂物存于齿面之间嵌入齿面，对另一齿面产生划痕，导致齿面磨损，磨损速度慢，一般为0.5-5μm/h。减少齿面磨损的主要措施是提高齿轮的表面硬度。齿面接触疲劳时指齿轮之间的啮合力量超过齿面的疲劳强度，是齿面产生麻点，剥落等现象。提高齿轮的接触疲劳强度以及表面硬度可以改善齿面的接触疲劳现象。齿轮的接触疲劳强度和耐磨性能随其硬度的增加而提高，热后齿轮的硬度又与钢的含碳量相关。因此，在设计齿轮时，根据接触应力和弯曲应力的大小，计算出齿轮应具有的强度(或硬度)就能大致选出钢材含碳量的范围。然后根据强度以及齿轮的有效截面(热处理硬化时的有效截面)来选择材料应具备的淬透性。根据材料的含碳量和淬透性就能选择合理的材料。低速重载齿轮的类别如下表：表（1）常用调质刚及表面淬火钢（按淬透性高低分）自机械工业出版社热处理手册第三版第二册第44页类别典型淬透性曲线钢号13545555240Mn50Mn40Cr35SiMn42SiMn335CrMO42CrMo40CrMnMo35CrMnSi40CrNi40CrNiMo45CrNiMOV435CrNi2Mo40CrNi2Mo6530CrNi334CrNi3Mo37SiMn2MoV表（2）各类调质及表面淬火钢的应用范围（摘自机械工业出版社热处理手册第三版第二册第44页）齿轮尺寸/mm抗拉强度/Mpa600-800800-10001000以上圆棒直径≈4012233440-8023344560-120233445120-180233455180-250234455≥25034455齿圈厚度≈201234420-4012344540-6012344560-9023444590-12034455≥12034455盘状齿坯宽度≈12.512233412.5-2512233425-5012334450-10023345100-2002345≥2002345（表中数字代表表（1）中各种钢的类别）依据产品齿轮的服役条件以及经济的原则可选用45钢为作为所生产矿山齿轮的材料。本车间所生产的齿轮以ZG45为材料。选取原因为ZG45应用广泛，经过适当的调质处理以及表面淬火即可满足应用需求，同时ZG45价格低廉，可有效的降低材料成本。国内许多公司基于经济的考虑同样选择了ZG45作为矿山齿轮的材料。1.3齿轮的二分之一图像7二、齿轮的加工流程与热处理工艺大型齿轮可采用三种方法制造：锻造，组装和铸造。由于本车间所生产齿轮尺寸巨大以铸造方法生产最为合适。由于齿轮巨大，在铸造过程中必然产生各种缺陷。如：①成分偏析增大；②长时间加热造成的组织粗化；③由于冷却速度不均匀造成的组织的不均匀和内应力增大；④组织上的空隙、非金属夹杂物增加；⑤残留氢造成的白点，发生龟线裂纹等。在这些问题中，有的可以在锻制过程中采用脱气等处理方法来减少钢锭中的含氢量，但是已产生的偏析或非金属夹杂物就很难消除，因此如何能得到优质的大型钢锭这一点很重要。本设计稿为热处理车间设计，不涉及钢锭的铸造和齿轮的锻造，以采购到合格的未经热处理原