《自行车链条零件热处理工艺设计_8083讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自行车链条零件热处理工艺设计_8083讲解（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、辽 宁 工 业 大 学 工艺 课程设计（论文）题目：自行车链条零件热处理工艺设计院（系）：材料科学与工程学院专业班级：材料072学号：070202060学生姓名：王东阁指导教师王 冰起止时间：2010-7-52010-7-16课程设计（论文）任务及评语院（系）：材料科学与工程学院 教研室：材料科学教研室学 号070202060学生姓名王东阁专业班级材料072课程设计（论 文）题 目自行车链条零件热处理工艺设计课程设计（论文）要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述自行车链条
2、零件热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述自行车链条零件热处理质量检验项目、内容及要求；阐明自行车链条零件热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。二、课设任务1. 自行车链条零件材料的选择（要求在满足工件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，合理选择材料）；2.给出自行车链条零件相应的C曲线；3.给出自行车链条零件冷热加工工艺流程图；4.制定自行车链条零件热处理工艺。三、设计说明书要求设计说明书包括三大部分：1）概述；2）工艺设计；3）参考文献。设计说明书结构见工艺设计模板。工作计划集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论1.5天，设计7天：1）概述0.5天，2）服役条件与性
3、能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4）结构形状与热处理工艺性0.5天，5）冷热加工工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7）热处理工艺设计2天，8）工艺的理论基础、原则0.5天，9）设计工夹具0.5天，10）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，11）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）前 言热处理是现代工业中的一项重要工序，它可不破坏材料而提高材料的性能，挖掘材料的潜力，节约用材，延长机器零件使用寿命起着重要作用。自行车是现代社会仍然较为普遍的交通工具，因此对
4、它的相关零件的热处理的研究就有着相当的意义。自行车的传动系统完全处于开放状态，其运行是典型的磨粒磨损形式，要求零件表面必须具有高硬度、高耐磨性，故传动零件都要经过相应的热处理，以满足相应的力学性能要求。自行车驱动来自人力，其主要传动零件所受弯曲应力或表面接触应力较小，故化学热处理一般采用浅层渗碳或碳氮共渗。自行车链条是传递动力的部件，除了在磨粒磨损条件下工作，需要有高的表面耐磨性外，同时，也因脚蹬动力及路面颠簸而产生冲击，因而要有一定的韧性。在选材与热处理时，常用低碳钢经碳氮共渗或用低碳合金钢进行淬火以获得板条马氏体（普通自行车），或用中碳优质低合金钢经淬火、中温回火处理（高级自行车）1。对于
5、自行车链条零件，选用什么样的钢材合理，首先应从链条零件的工作条件、失效形式及性能要求出发，然后选择合适的钢种。最后再制定正确的热处理工艺。同时还应考虑选用钢种的工艺性能包括加工性能、切削加工性能和热处理工艺性能。制造自行车链条各部分零件分别选用20MnSi、18CrMnMo、Q215-BF(B2F)、08F、45钢这几种材料是符合上述要求的，且具有良好的工艺性能。所以在本次设计中材料采用了上述钢种。本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和尝试，其内容讨论如何设计自行车链条零件的热处理工艺，重点是制定合理的热处理规程，并按此设计自行车链条零件的热处理方法。目 录1 自行车链条零件热处理工艺概述12
6、 自行车链条零件的服役条件、失效形式23 自行车链条零件的材料选择及技术要求34 自行车链条部分零件材料的C曲线35 自行车链条零件加工工艺流程图56 自行车链条零件热处理工艺曲线57 自行车链条退火、碳氮共渗、淬火、回火工艺理论88 选择设备、仪表和工夹具99 自行车链条零件热处理质量检验项目、内容及要求1110 自行车链条零件热处理常见缺陷的预防及补救方法1211 参考文献13141 自行车链条零件热处理工艺概述自行车是代步工具，也是运动器械。使用要求是自重轻、骑行轻快、安全舒适。因此，自行车的整体结构及零件的设计、选材和加工方法，要保证有足够的强度，良好的刚性和耐磨性。同时，自行车又是个
7、人使用的日常交通工具，需要量很大，故在技术上考虑制造成本低廉的问题比其他机械更为重要1。特别是根据自行车链条的工况，链片选用20MnSi，销轴选用18CrMnMo、滚子选用Q215-BF(BF)、套筒选用08F、弹簧卡片选用45钢1，经过恰当的热处理能满足链条的使用性能并使其具有良好的使用寿命，同时其工艺性能也是满足要求的。20MnSi属于低碳钢，淬火后发蓝处理，为了提高链片的强度、硬度及耐磨性，并且有相当的冲击韧性及耐蚀性，从而提高链片的使用寿命。18CrMnMo、Q215-BF(BF)、08F采用高温碳氮共渗加低温回火，使材料具备较好的表面耐磨性，心部为板条马氏体，有一定的韧性。45钢进行
8、淬火加中温回火处理，得到较高的弹性极限，和满足要求的屈强比。淬火过程中，除了获得高的力学性能和良好的耐磨性外，还要设法减小变形，正确地选择淬火回火工艺是保证质量的关键，同时还要考虑组成链条各部分的复杂程度和结构大小，选择合适的加热温度和冷却介质。通过对链条热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。根据链条的工作条件、失效形式及性能要求，从热处理手册中本设计选择了20MnSi等作为链条材料，在设计热处理工艺中，本设计借鉴了热处理手册热处理技术热处理技术数据手
9、册机械设计及钢的热处理等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理后的链条除具有高强度、高耐磨性外，还具有一定的硬度和冲击韧性，从而满足链条的质量要求。2 自行车链条零件的服役条件、失效形式2.1 服役条件链传动的特点决定了其法向速度分量在不断的产生与消失之间发生变化，因而对其滚子、销轴等均会产生冲击，所以，必须具有一定的冲击韧性。外链片与销轴及内链片与衬套两部分组成的铰链结构不断的产生摆动，与链轮发生磨损。其开放式的设计，整个链条暴露在大气中，自行车在运行过程中，不断的会受到雨水的冲刷，再加上大气的侵蚀，对链条零件材料提出了一定的耐蚀性要求，外界的灰尘等也会以磨粒形式进入到
10、铰链间，加剧其磨损。因此，从解决磨损的角度出发，材料需具备高强度、高硬度的特点。图1 链传动简图21、2-链片 3-销轴 4-套筒 5-滚子图2 滚子链结构2图3 弹簧卡片22.2 失效形式1.链片、滚子与套筒的疲劳破坏：链条在变应力作用下工作，经过一定的循环次数，链片将发生疲劳断裂，滚子、套筒将出现疲劳破裂。2.销轴与套筒的磨损：在传动中组成铰链的销轴与套筒产生摩擦磨损，因为自行车链条是开式链传动，工况较为恶劣、润滑不良，加剧链条铰链的磨损，降低其使用寿命。因此，磨粒磨损是自行车链条的主要失效形式。3.销轴与套筒的胶合：润滑不良时，铰链的摩擦表面易发生胶合破坏。4.链条静强度破坏：链条过载（
11、尤其是在上坡）时，会发生静强度不足而拉断3。3 自行车链条零件的材料选择及技术要求自行车链条在闭式传动中，链板易发生疲劳断裂，滚子、套筒易发生疲劳破裂，销轴与套筒会产生摩擦磨损。在开式传动下，其磨损更加严重。由于链片在工作中易拉伸，应选择抗拉伸较好的材料防止其断裂。通常可选用20MnSi,18MnSi等材料，高级自行车可用40Mn钢，保证抗断力大于450kg1。本设计中选用20MnSi作为链片材料。销轴、滚子、套筒，主要失效形式是磨粒磨损，需要硬度较好的材料，其中销轴在传动时要受到一定的冲击，需要心部有较好的韧性和塑性。销轴可选用18CrMnMo。滚子可选用Q215-BF(BF)，套筒08F。
12、材料列于下表：表1 链条零件材料选择及技术要求1零件名称材料热处理技术要求链片20MnSi淬火后得到板条马氏体，7174HRA销轴18CrMnMo碳氮共渗、淬火，渗层深度：0.20.3mm，硬度：7482HRA滚子Q215-BF(B2F)碳氮共渗、淬火，渗层深度：0.150.25mm，硬度：6272HRA套筒08F碳氮共渗、淬火，渗层深度：0.10.2mm，硬度：6474HRA弹簧卡片45淬火、中温回火，硬度：7175HRA4 自行车链条部分零件材料的C曲线图4为弹簧卡片（45），图5为35MnSi等温转变曲线（C曲线），链片材料为20MnSi，参照35MnSi的C曲线制定生产工艺，销轴用18
13、CrMnMo的C曲线未查得，滚子、套筒所用材料均为碳素工具钢，C曲线参考意义不大。图4 45钢的C曲线4 图5 35MnSi的C曲线45 自行车链条零件加工工艺流程图链片：下料冲压（落料）冲孔（复冲）粗、半精淬火发蓝5；落料是为了完成其外型成形,落料时采用同时将链板上两孔一同冲出的复冲工艺是为了保证其上两孔的孔距公差和位置公差，以满足链条的尺寸精度和提高链条强度；粗、半精加工是为了保证链板上两孔的孔径公差，以保证内链板与套筒、外链板与销轴的正确配合，满足标准规定的牢固度要求5；由于其含碳量低，淬火后得到板条马氏体，具有较高的强度硬度和良好的塑韧性，淬火应力小，不需回火；表面发蓝是为了防蚀。销轴
14、：下料拉拔退火切断粗、半精（留防渗余量）碳氮共渗淬火、低温回火磨削5；拉拔是为了使原料达到规格尺寸；退火是为了消除加工硬化，便于切削加工；粗、半精加工是为了保证尺寸及公差；碳氮共渗是为了增加表层碳氮浓度，形成间隙固溶体；淬火后得到高碳马氏体及氮化相，回火后消除淬火应力，最终使表面有较高的强度硬度，尤其是耐磨性，得到好的强韧性匹配5；磨削是为了得到较高的表面质量和高的外径尺寸精度，好的表面质量增大了销轴和套筒之间的接触面，提高链条的磨损寿命。滚子：下料拉拔退火切断冲孔粗、半精（留防渗余量）碳氮共渗淬火、低温回火磨削5；套筒：下料打孔粗、半精（留防渗余量）碳氮共渗淬火、低温回火磨削5；滚子、套筒工艺路线与销轴基本相同，只是在选材和热处理工艺上略有不同，其各工序目的是一致的。弹簧卡片：下料冲压（落料）冲孔粗、半精淬火、中温回火。落料是为了得到其成形外型；粗、半精加工保证了其基本尺寸；淬火后得到混晶马氏体，强度、硬度很高，中温回火后得到回火索氏体，有较高的弹性极限和屈强比。6 自行车链条零件热处理工艺曲线经查阅热处理手册，得图7、图8、图9中热处理曲线（含温度、时间），参照GB/T 4140-1993，链片、销轴、套筒、滚子、弹簧夹片均为12mm以下小件，保温时间按照装炉量500kg进行设计；淬火介质等技术参数均参照热处理工
