у которых в обычных условиях зубья нарезают в две операции; черновое и чистовое зубонарезание. Горячая штамповка применяется взамен чернового нарезания зубьев. Этот метод разработан и внедрен ЗИЛом совместно с НИИТавтопромом при обработке сателлитовых и полуосевых конических колес дифференциала (Zj = И, га = 22, /п = 6,35 мм). Поковка, нагретая ТВЧ до температуры 1200 °С, поступает на кривошипный горячештампо-ванный пресс. На прессе поковка обрабатывается в два-три последовательных перехода. Производительность 40-85 шт/ч. Стой-косгь штампов 3500-5000 заготовок. Припуск на сторону зуба 0,8 мм. Процесс горячей штамповки достаточно эффективен, при внедрении его на двух конических колесах достигнута годовая экономия металла 800 т (расход металла на деталь сокращается на 20-25 %), отменена операция чернового нарезания зубьев, высвобождены рабочие, станки, площадь и т. д. Общая годовая экономия составила 170 тыс. руб.

Термическая обработка заготовок

Термическая обработка зубчатых колес включает в себя большое число различных процессов, которые можно разбить на две группы:

1. Процессы, в результате действия которых металл приобретает свойства, необходимые для механической обработки.

2. Процессы, которые необходимы для создания требуемых качеств в готовом зубчатом колесе.

После ковки, штамповки перед механической обработкой заготовки проходят нормализацию, отпуск или отжиг.

Нормализация улучшает обрабатываемость резанием, размельчает зерно и т. д. Отпуск снижает внутренние напряжения, сохраняет высокую твердость и т. д. Отжиг имеет несколько разновидностей, подробно рассмотрим изотермический отжиг, который производится в специальных печах.

Чтобы обеспечить однородную структуру металла, хорошую обрабатываемость резанием, незначительную и стабильную деформацию зубчатых колес при цементации и закалке, заготовки перед механической обработкой должны иметь феррито-перли-товую структуру.

Учитывая большую неоднородность металла в состоянии поставки, неравномерное охлаждение заготовки после ковки и другие факторы необходимая феррито-перлитовая структура образуется при изотермическом отжиге. Это относится к стальным деталям, деформированным как в холодном, так и горячем состоянии, особенно к заготовкам из легированных сталей - хромони-келевых, хромомолибденовых и т. д. Чтобы полностью снять ковочные напряжения, температура нагрева при отжиге рекомендуется на 15-30 С выше, чем при цементации.

При изотермическом отжиге поковки нагревают до 950 °С с выдержкой при этой температуре до полного прогрева, затем быстро охлаждают потоком воздуха до 650 °С, для превращения аустенитовой структуры в феррит и перлит. При температуре 650 °С производят выдержку для перлитового превращения при постоянной температуре. Затем заготовки медленно остывают в печи до 315 С. После этого заготовки вынимают и охлаждают на воздухе. Точное время выдержки и температура меняются в зависимости от химического состава обрабатываемой стали, термического оборудования и размера заготовки.

Перед механической обработкой поковки должны иметь пер-лито-ферритовую структуру с твердостью НВ 156-207. Металл заготовки с пониженной твердостью прилипает к режущему инструменту, при этом шероховатость поверхности ухудшается. Слишком твердый материал вызывает повышенный износ инструмента.

3. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Для обеспечения высокой твердости и прочности стальные зубчатые колеса подвергают различным видам окончательной термической обработки. Основная цель любого вида термической обработки зубчатых колес состоит в обеспечении твердой, износостойкой поверхности зуба при сохранении мягкой и вязкой сердцевины для восприятия ударных нагрузок.

Закалка. Все процессы термической обработки, предназначенные для повышения твердости, включают операцию закалки. Операция закалки заключается в быстром охлаждении зубчатого колеса для получения твердой мартенситной структуры. Средами для закалки являются воздух, вода, масло и соляный раствор. Воздух обладает более низкой скоростью охлаждения, а соляный раствор - наиболее высокой.

Химико-термическая обработка характеризуется изменением химического состава поверхностного слоя зубьев зубчатых колес в результате насыщения стали углеродом или другими элементами из внешней среды с последующей закалкой и отпуском.

К основным видам химико-термической обработки относятся цементация (науглероживание) - газовая (в жидком и твердом карбюризаторе), нитроцементация и др. Во время цементации происходит насыщение поверхности, подлежащей закалке, углеродом. Увеличенное содержание углерода в стали позволяет получить высокую твердость и износостойкость после закалки. В крупносерийном и массовом производстве, особенно для обработки автомобильных зубчатых колес, наиболее часто применяют цементацию и нитроцементацию в газовой среде.

Газовая цементация. При газовой цементации зубчатые колеса нагревают до температуры 890-960 °С в атмосфере, содержащей углеродистые газы. Время нахождения зубчатого колеса

в этой среде определяет глубину цементованного слоя. Обычно газовую цементацию используют для получения слоев цементации в стали глубиной 1-2 мм, но ее можно применять и для малых слоев, начиная с 0,1 мм. Широкое распространение в промышленности имеет газовая цементация в печах непрерывного действия с непосредственной закалкой (стали типа 25ХГТ, 25ХГНМ, 20ХНМ). Этот технологический процесс механизирован и автоматизирован, обеспечивает высокое качество при сравнительно коротком цикле обработки.

Зубчатые колеса из высоколегированной стали типа 12Х2Н4А и 18Х2Н4ВА не могут обрабатываться непосредственной закалкой, так как после закалки образуется остаточный аустенит, в результате чего твердость на поверхности снижается. При обработке колес из указанной стали после цементации и охлаждения производят повторный нагрев с последующим охлаждением. Газовая цементация экономичнее, быстрее и чище цементации в твердом карбюризаторе и дает более однородные результаты цементованного слоя. При газовой цементации возможна более точная регулировка глубины и содержания углерода и минимальная деформация.

Нитроцементация. Этот процесс аналогичен газовой цементации. Различие заключается в том, что насыщение поверхности зубчатого колеса осуществляется углеродом и азотом при температуре ниже, чем при газовой цементации (820-860 °С). В результате газовой нитроцементации поверхность получается тверже, чем при газовой, и обладает большей износостойкостью. По сравнению с газовой цементацией продолжительность цикла обработки короче, благодаря чему деформация зубчатых колес меньше. Глубина слоя при газовой нитроцементации примерно 0,9 мм и менее.

Большое значение для уменьшения степени деформации зубчатых колес имеет их установка на поддоне во время газовой цементации. Колеса-диски 2 (рис. 57, а) обычно устанавливают на поддоне по несколько штук с сепаратором / между каждым колесом, которое опирается на другой сепаратор, а не на колесо. При таком способе установки каждое колесо свободно от любых внешних нагрузок. Нельзя устанавливать зубчатые колеса одно на другое. В процессе цементации длительное время колеса находятся под нагрузкой при высокой температуре, и при таком способе установки значительно повышается их деформация (рис. 57, б, г).

Цилиндрические колеса-диски диаметром до 200 мм надевают на горизонтальные стержни, установленные в несколько рядэв в поддоне, колеса большего диаметра обычно закаливают в шта.м-пах, аналогично коническим зубчатым колесам.

При цементации колеса-валы 2, если они затем закаливаются в прессе, удобнее устанавливать на торец зубчатого венца, хвостовую часть поддерживать легким сепаратором 1 (рис. 57, б).