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金属材料学的课程设计(稍作改动).doc

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摩托车发动机汽缸盖目录一、设计任务1.1零件图1.2设计要求二、齿轮设计方案选定2.1齿轮的服役条件2.2选材原则2.3材料确定三、离合器齿轮毛坯加工流程及加工工艺的选择3.1齿轮的切削加工方法3.2齿轮的锻造方法3.3齿轮的铸造方法3.4粉末冶金法四、20Cr齿轮的热处理工艺4.120Cr齿轮正火处理工艺4.220Cr钢的渗碳处理工艺4.320Cr齿轮渗碳后的淬火处理工艺4.420Cr的低温回火处理工艺4.5总的热处理工艺曲线4.6夹具的选择与设计4.7热处理车间建筑物五、产品的质量控制、检验及常见缺陷的防止方法5。

1随炉式样检验5.2齿轮热处理质量检验5.3常见缺陷及防止方法六、生产纲领与年时基数、工作制度七、总结一、设计任务摩托车离合器齿轮的设计1.1零件图1.2设计要求年产量10~20万件二、齿轮设计方案选定1.选材齿轮常用材料及其力学性能材料热处理方法强度极限σb/MPa屈服极限Σs/MPa齿面硬度HBS许用接触应力[σ]H/MPa许用弯曲应力[σ]F/MPaHT300300187~255290~34780~105QT6003*正火600190~270436~535262~315ZG310570580320163~197270~301171~189ZG340640650350179~207288~306182~19645580290162~217468~513280~301ZG340640调质700380241~269468~490248~25945650360217~255513~545301~31535SiMn750450217~269585~648388~42040Cr700500241~286612~675399~42745调质后表面淬火40~50HRC972~1053427~50440Cr48~55HRC1035~1098483~51820Cr渗碳后淬火65040056~62HRC135064520CrMnTi110085056~62HRC1350645*球墨铸铁。

σb=600MPa,δ=3%2.选材原则a.所选齿轮钢材经各种机械加工和气体渗碳热处理后能满足产品性能的设计要求。b.对可靠度要求高的齿轮及大批量生产的齿轮应采用保证淬透性结构钢。c.材料的热加工性能及切削加工性能应能满足生产要求。d.考虑经济性和货源情况。3.材料确定离合器齿轮是离合器中重要的零件之一。用于接通或断开主轴的反转传动路线,与其他零件一起组成摩擦片正反转离合器。它主要作用是传递动力、改变运动方向。传递动力时,齿根部位受到大的交变弯曲应力,而齿面有很大的接触疲劳应力,强烈的摩擦,并且有时还受到一定的冲击力。所以,对齿轮的力学性能要求主要是高的弯曲疲劳强度、高的接触疲劳抗力、足够的塑性和韧度。

耐磨性性好。综上所述,选择20Cr作为齿轮材料较为合理。三、离合器齿轮毛坯加工工艺的选择及加工流程图齿轮齿形的加工方法,有无切屑加工和切削加工两大类。无切屑加工方法有:热轧、冷挤、模锻、精密铸造和粉末冶金等。3.1切削加工方法可分为成形法和展成法两种,其加工精度及适用范围见表31齿轮齿形的常用切削方法3.2锻造1、自由锻只用简单的通用性工具,或在锻造设备上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件,称为自由锻。1、基本工序可分为拔长、镦粗、冲孔、弯曲等。拔长:也称为延伸,它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。镦粗:是使毛坯高度减小。

横断面积增大的锻造工序。冲孔:是利用冲头在镦粗后的坯料上冲出透也或不透孔的锻造方法。弯曲:采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序。2、自由锻的特点及应用特点:工艺灵活性较大,生产准备的时间较短;生产率低,锻件精度不高,不能锻造形状复杂的锻件。应用:自由锻是大型锻件的主要生产方法。这是因为自由锻可以击碎钢锭中粗大的铸造组织,锻合钢锭内部气孔、缩松等空洞,并使流线状组织沿锻件外形合理分布。二、胎模锻胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具(胎模)生产模锻件的一种锻造方法。特点:与自由锻相比较优点①由于坯料在模膛内成形,所以锻件尺寸比较精确,表面比较光洁,流线组织的分布比较合理,所以质量较高。

②由于锻件形状由模膛控制,所以坯料成形较快,生产率比自由锻高1~5倍。③胎模锻能锻出形状比较复杂的锻件。④锻件余块少,因而加工余量较小,既可节省金属材料,又能减少机加工工时。缺点:需要吨位较大的锻锤;只能生产小型锻件;胎模的使用寿命较低;工作时一般要靠人力搬动胎模,因而劳动强度较大。应用:胎模锻用于生产中、小批量的锻件。三、锤上模锻简称模锻,它是在模锻外向锤上利用模具(锻模)使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。特点:与自由锻、胎模锻比较有如下优点①生产效高②表面质量高,加工余量小,余块少甚至没有,尺寸准确,锻件公差比自由锻小2/3~3/4,可节省大量金属材料和机械加工工时。

③操作简单,劳动强度比自由锻和胎模锻都低。缺点:①模锻件的重量受到一般模锻设备能力的限制,大多在50~70kg以下;②锻模需要贵重的模具钢,加上模膛的加工比较困难,所以锻模的制造周期长、成本高;③模锻设备的投资费用比自由锻大。应用:一般用于生产大批量锻件3.3铸造加工方法铸锭仅用于大型锻件。铸锭是铸态组织,有较大的柱状晶和疏松的中心。因此必须通过大的塑性变形,将柱状晶破碎为细晶粒,将疏松压实,才能获得优良的金属组织和机械性能。3.4粉末冶金加工方法经压制和烧结成的粉末冶金预制坯,在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。锻件粉末接近于一般模锻件的密度,具有良好的机械性能。

并且精度高,可减少后续的切削加工。粉末锻件内部组织均匀,没有偏析,可用于制造小型齿轮等工件。但粉末的价格远高于一般棒材的价格,在生产中的应用受到一定限制。综上所述,选择胎膜锻较为合理。工艺流程图下料→锻造→正火→机加工→清洗→渗碳→淬火→回火→精加工→清洗→检验→包装420Cr齿轮的热处理工艺4.1.20Cr齿轮正火处理工艺4.1.1正火目的细化晶粒,消除组织缺陷,以获得珠光体+少量铁素体组织。并使加工硬度适中,有利于切削。4.1.2正火设备RX3系列密封箱式炉选用RX3箱式电炉参数见表4.1表4.1RX3309箱式电炉产品名称产品型号主要参数炉膛尺寸(毫米)(长x宽x高)外型尺寸(毫米)(长x宽x高)重量(千克)额定功率(kw)额定电压(V)额定温度(℃)相数箱式电炉RX3309303809503950x450x3501920x1620x214022004。

1.3正火温度20Cr钢Ac3约为825℃,为促使奥氏体均匀化,增大过冷奥氏体的稳定性,选择的加热温度在930~950℃。4.1.4加热方法采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定的温度时,再将工件装进热处理炉进行加热。这样做的原因是避免金属组织出现不需要的相转变,加热速度快,节约时间。便于小批量生产。4.1.5加热介质加热介质为空气4.1.6保温时间保温时间:230min选定的依据:加热时间可按下列公式进行计算:t=aKD,式中t为加热时间(min),K为反映装炉时的修正系数,可根据表4.3可得K取1.4,a为加热系数min/mm,加热系数a可根据钢种与加热介质、加热温度。

参数按照表4.2选取,D为工件有效厚度(mm),由公式可知,工件厚度=(工件最厚处直径+工件最薄处直径)/2。可得D=163mm.可得t=aKD=1.41.0163≈230min。4.1.7冷却方式冷却方式采用出炉空冷4.1.8冷却介质冷却介质:空气。4.1.9最终组织细珠光体+铁素体晶粒度:5~6级若正火温度过高,则会导致工件脱碳甚至开裂,降低零件硬度,使正火后的组织粗大;若正火温度过低,则组织转变不足,不能达到正火预期目的。4.1.10正火工艺曲线正火工艺曲线图见图4.1温度℃时间min93010℃230min650℃空气图4。

1正火处理工艺曲线[4]表4.2工件加热系数钢材空气电阻炉的a值(min/mm)盐欲炉a值(s/mm)碳钢0.91.12530表4.3工件装炉修正系数工件装炉方式修正系数1.02.01.41.31.74.220Cr钢的渗碳处理工艺4.2.1渗碳目的渗碳后淬火与回火淬火:心部保持良好韧性的同时,表层获得高的强度、硬度与耐磨性4.2.2渗碳温度气体渗碳加热900~920℃,以0.15~0.2mm/h计保温时间加热温度不超过920℃,以避免晶粒长工大渗碳后淬火与回火淬火:加热820~850℃。

保温后油冷。4.2.3渗碳设备RQ系列井式气体渗碳炉选用RQ3609D型井式气体渗炭炉炉参数见表4.1。表4.4RQ3609D型井式气体渗炭炉品名称产品型号主要参数炉膛尺寸(毫米)(直径X深)外型尺寸(毫米)(长x宽x高)重量(千克)额定功率(kw)额定电压(V)额定温度(℃)相数井式气体渗碳炉RQ3609603809503450X600ф1570X2000X22402630说明:炉温均匀,介质流动性好,加热速度,温度均匀,工件变形小,加热质量好。

利于提高产品质量,炉膛容积有效利用率高,产量大,耗电量少,可节省电能与筑炉材料,电极寿命长,减小停炉时间。适用于中,小型工件成批量生产。4.2.4加热方法采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定的温度时,再将工件装进热处理炉进行加热。原因是加热速度快,节约时间,便于批量生产。4.2.5装炉方法筐装,10/次,,垂直放入渗碳炉中,齿轮一个一个叠放,要注意每垛之间齿轮的轮齿不要接触,避免齿渗不上碳。4.2.6渗碳温度渗碳温度选定为92010℃渗碳温度在Ac3以上,考虑碳在钢中的扩散速度等因素,目前在生产上广泛采用的温度为910~930℃。随着渗碳层度的升高,碳在钢中的扩散系数呈指数上升。

渗碳速度加快,但渗碳温度过高会造成晶粒粗大,工件畸变增大,设备寿命降低等负面效应,渗层厚度为0.8~1.2mm,可以选取t=920℃。4.2.7渗碳介质渗碳介质:煤油渗碳煤油在不同温度下的分解产物及含量见表4.5:表4.5渗碳煤油在不同温度下的分解产物及含量[4]名称温度/℃分解产物O2+N2CO2COH2CH4CmHn煤油9500.42.21.24.637464056120.40.88000.41.21218192638.447.320290.47.3参数见表4.6:表4。

6[4]名称分子式碳含量/g渗碳反应式用途煤油航空煤油、灯油主要成分为:C9~C14和C11~C17——850℃以下分解不充分,含大量的稀烃,容易残生碳黑和结焦,反应式:n1(C11H24~C17H36)→n2CH4+n2[C]+nH2强渗碳剂4.2.8保温时间保温时间:5小时依据:20CrMnTi钢的渗层深度与渗碳时间的关系(表4.7)[4]、(表4.8)[4]表4.7煤油甲醇滴注式通用气体渗碳工艺渗碳过程排气碳势调整强渗扩散预冷渗层深度及时间0.4~0.7mm不少于1h自然升温20min1h30min0。

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