轧丝机传动部件的选材及热处理应用

凌桂琴

（天津渤海职业技术学院机械工程系，天津 340300）

轧丝机传动部件的选材及热处理应用

凌桂琴

（天津渤海职业技术学院机械工程系，天津 340300）

校企合作是针对生产中的实际问题进行教科研项目研发的平台。依据市场对轧丝机的反馈需求，对材料与热处理技术结合生产实际的问题及应用进行了探究，通过合理的材料选用及热处理工艺，减小磨损增加使用寿命，体现出当今社会随着科学技术的日益发展对材料与能源的节约理念。

齿轮；蜗杆；热处理；调质；淬火；硬度；检验

校企合作是针对生产中的实际问题进行教科研项目研发的平台。生产实践与教科研的集合对学校和企业可谓双赢，既可为企业培养出综合技能型人才，企业又可赢得市场经济效益。依据市场对轧丝机的反馈意见及需求，从焊丝拉拔应力以及工作环境等多个角度综合分析传动部件的几何参数设计，通过合理的材料选用及热处理工艺，减小传动部件的磨损增加其使用寿命。轧丝机一些传动部件的磨损寿命仅维持在3～4个月,使得设备使用单位的生产及设备维护困难并造成很大的经济损失。如何减少传动部件在工作中的磨损，延长其使用寿命，已成为工业生产中至关重要的问题。

1 轧丝机传动部件的材料及热处理

齿轮和蜗轮蜗杆副构成轧丝机传动机构的多级传动。磨损是传动部件的主要失效形式，磨损的成因和表现形式是非常复杂的,材料的选用及热处理工艺占其非常重要的作用。

1.1 齿轮副材料及热处理特点

做为传动机构的齿轮受材质、加工精度、热处理工艺、几何精度、润滑状态及负荷、转速、环境等诸多因素的影响，会发生各种各样的损伤，如断齿、点蚀剥落、胶合或磨损失效。至使齿轮的寿命差别很大，长则十几年，短则数十天。而材料是决定齿轮耐磨性的一个重要因素，材料的含碳量及合金成份对耐磨性有明显影响。在热处理硬度相同的前提下，含碳量高的钢比含碳低的钢耐磨性要好，合金元素Cr、Mo等与钢中的碳形成特殊的碳化物，能明显提高钢的耐磨性。Ni是一种综合性较好的元素，可以增强钢的淬透性，提高材料的机械性能。

因轧丝机须在考虑齿轮传动部件不能改变负荷、转速、传动比、环境因素、润滑方式以及安装尺寸等限制条件下进行自身因素的改进，所以只能来提高齿轮自身的耐磨性。

首先提高齿轮的耐磨性就要提高齿面接触疲劳强度。方法可采用渗碳淬火磨齿齿轮或其他化学热处理强化齿面轮，如氮化、碳氮共渗等。这类齿轮加工精度高，表面硬度高，渗碳淬火一般在HRC60左右，氮化齿轮在HV570左右，但它们的硬化层浅薄。受工艺条件及制造成本限制，要提高硬化层深度非常困难，而当齿面上这一薄层被磨掉以后，芯部则会加速磨损。这种齿轮表层硬度高但韧性差，在严重的冲击负荷下易产生疲劳断齿等其损伤。综合分析再考虑到大小齿轮速比问题，齿轮材料采用45#或40 Cr锻件毛胚，经过正火或调质处理后再进行后续工艺加工；小齿轮的表面淬火和大齿轮采用中硬调质热处理工艺，这样其冲击韧性及疲劳强度极限都有大幅度提高，既缩小了经费开支又增强了轮齿抵抗失效的能力。

1.2 蜗轮蜗杆传动副材料及热处理特点

蜗轮蜗杆构成轧丝机传动机构的一级传动。蜗轮和蜗杆材料要有一定的强度，还要有良好的减摩性、耐摩性和抗胶合能力。当采用普通蜗杆传动时，因在啮合处有很大的相对滑动，工作条件不够良好，就会产生较严重的摩擦和磨损，进而引起过分发热，使润滑情况恶化，造成进一步磨损。针对在生产工作中仅仅能使用几个月的蜗轮便因磨损严重而失效的原因做以分析：蜗轮先于蜗杆磨损属正常现象。由于材料和结构上的原因，蜗杆的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效常发生在蜗轮轮齿上，蜗轮材料的选用也是很重要的。锡青铜（或铍青铜）的减摩性、耐磨性好，抗胶合能力强，用于相对滑动速度Vs≤25m/s的高速重要蜗杆传动中。轧丝机蜗轮的材料选用有色金属铸锡磷青铜ZCuSn10P1，为了防止变形对蜗轮进行时效处理。

蜗杆材料一般是用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr，并经渗碳淬火；也可用40#钢或40Cr并经淬火。本品设备中的蜗杆（9头蜗杆）的材料选用40Cr，采用调质后再经淬火热处理工艺，淬硬为HRC50～55。综合结果提高零件表面硬度，增加耐磨性，延长了涡轮蜗杆副的使用寿命。

2 出现检测误差原因的分析及体会

在生产中检验经过热处理的齿轮硬度值时，常会遇到由于检查误差使产品质量受到影响，造成不必要损失的情况。

常见的齿轮热处理后出现检测误差原因及解决方法。

2.1 用洛氏硬度计检查不同的表面，其粗糙度值不同可表现出不同的结果。越粗糙，其硬度值越高，反之则硬度值越低。有刀痕的粗糙表面淬火时首先冷却，获得坚硬的表层，硬度就高。在缺少齿面硬度计时，一般都检查齿顶部位，因此须经砂轮粗磨、细砂布磨光，使齿面达到要求后再测定其硬度值。

2.2 齿轮坯在箱式炉加热调质时，由于加热时氧化脱碳，易出现软点或软带，工作表面脱碳层深度不一致。

2.3 淬油的齿轮有时会出现“硬点”，这主要是油槽中混有水，在齿轮冷却时遇到水的部分冷却快，易淬硬。

2.4 齿轮表面有偏析现象，组织结构不均匀，产生硬度不均匀。

2.5 渗碳齿轮有时会因有炭黑粘于齿部，而在淬火时造成软点。

2.6 齿轮淬火的硬度检查部位不少于三齿，每齿应检验三点，其中两点合格算合格。硬度值超过规定值HRC0.5以上就算不合格。

3 结语

总之，在热处理中由于受设备、温度、原材料等多种因素的影响，会出现不少“缺陷”。材料及热处理工艺选择是为了保证产品质量，应根据实际情况来确定，并在生产过程中要避免“缺陷”的出现，一旦出现应具体分析情况，正确地加以处理。

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.04.013

TG333.15

C

1008-1267（2015）04-0035-02

2015-03-15

凌桂琴（1962～），女，副教授，高级工程师，从事职业技术教学工作。