Качество поверхности и эксплуатационные свойства зубчатых колес, обработанных холодным калиброванием зубьев

При холодном калибровании зубьев цилиндрических колес в результате пластического деформирования в поверхностном слое металла происходят структурные превращения, оказывающие решающее влияние на качество поверхности боковых сторон зубьев и эксплуатационные свойства зубчатых колес в целом.

На основании экспериментальных исследований, проведенных на АМО «Завод им. И.А. Лихачева», установлено, что шероховатость поверхности боковых поверхностей зубьев накатанных колес, изготовленных из хромомарганцевых сталей, соответствует 9 классу, тогда как шероховатость зубьев шевингованных колес из этих сталей находится в пределах 6...7 классов.

В результате пластической деформации при холодном калибровании зубьев металл поверхностного слоя получает ориентированную структуру волнистого характера. Кристаллы металла теряют глобоид- ную форму, укорачиваясь в одном направлении и вытягиваясь в другом, совпадающим с главным направлением деформации: волокна металла располагаются вдоль контура зуба. Чем выше степень деформации, тем заметнее волокнистая структура. Деформация кристаллов максимальна у поверхности зуба, а по мере удаления от нее уменьшается. Степень деформации достигает 50...60%.

Металлографические исследования показали, что микроструктуры поверхностного слоя зубьев фрезерованных и прикатанных зубчатых колес (рис. 5.17) значительно отличаются.

Пластическая деформация при холодном калибровании зубьев изменяет тонкую кристаллическую структуру металла. Исследование на электронном микроскопе методом тонких фольг (х 18000...30000) показало, что по сравнению с фрезерованной накатанная поверхность обладает значительно более высокой плотностью дислокаций. В металле рабочей поверхности прикатанных зубьев обнаруживается субструктура. Дислокации, в большом количестве находящиеся в поверхностных слоях металла, стягиваются, образуя малоугловые границы.

Микроструктура поверхностного слоя калиброванной шестерни

Рис. 5.17. Микроструктура поверхностного слоя калиброванной шестерни: а - исходная поверхность; б - i = 0,02 мм; в - i = 0,025 мм; i = 0,03 мм; / - натяг (припуск на сторону); х 18 000.

Зерна металла разбиваются на фрагменты, разориентируются относительно друг друга. Существенные изменения в микроструктуре металла в результате неоднородной по характеру пластической деформации при холодном калибровании зубчатых колес вызывают значительное повышение микротвердости поверхностного слоя и образование в нем остаточных сжимающих напряжений.

Распределение микротвердости по глубине поверхностного слоя боковых сторон зубьев прикатанных и фрезерованных зубчатых колес также отличается. По сравнению с фрезерованными микротвердость поверхности прикатанных зубьев значительно выше. Так, у прикатанных зубчатых колес из стали 40Х микротвердость составляет 400...500 ГПа, у фрезерованных - 280 ГПа. Степень упрочнения при холодном калибровании зубьев достигает 125%, глубина упрочнения металла накатанного зуба колеса из стали 25ХГТ при величине припуска на сторону зуба 0,03 мм составляет 0,02 мм. Микротвердость поверхности фрезерованных зубчатых колес с обеих сторон зуба практически одинакова и не зависит от модуля. У прикатанных колес ведущая сторона зуба имеет более высокую микротвердость, чем ведомая. Увеличение модуля зубчатых колес сопровождается ростом этой разницы и одновременным возрастанием величины микротвердости.

По мере удаления от рабочей поверхности зуба происходит спад характеристик упрочнения с последующей их стабилизацией в основном металле. При этом величина остаточных напряжений упрочненного слоя переходит в растягивающие напряжения основного металла. Сжимающие остаточные напряжения на поверхности зубьев шестерен из стали марок 20 и 40Х достигают соответственно 25 и 40 ГПа.

При холодном калибровании зубьев трансмиссионных зубчатых колес автомобилей поверхностная твердость повышается по сравнению с исходной на величину 10...5HRС, достигая значений 32...38HRC, что соответствует по твердости состоянию улучшения стали. Это обстоятельство имеет особо важное значение в случае изготовления зубчатых колес газораспределения автомобильных двигателей, которые не подвергаются термической обработке.

После нитроцементации и закалки следы деформированного слоя исчезают, образуется равномерная мелкозернистая структура.

Прочность зубчатых колес с прикатанными зубьями на 15...35% выше прочности колес с нарезанными зубьями. Износостойкость поверхностного слоя после холодного калибрования улучшается. Причиной более высокой износостойкости прикатанных зубьев по сравнению с фрезерованными является, в первую очередь, высокая микротвердость и меньшая шероховатость рабочих поверхностей зубьев, а также ориентированная структура металла с высокой плотностью дислокаций.

Из дислокационной теории известно, что процесс изнашивания сопровождается деформацией поверхностного слоя металла и движением дислокаций. С другой стороны, образование субструктуры в результате дробления зерен металла на фрагменты и наличие высокой плотности дислокаций в поверхностном слое прикатанных зубьев способствует фиксации дислокаций: большое число границ между блоками и упругое взаимодействие дислокаций и их полей затрудняет перемещение дислокаций.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >