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1、精选优质文档-倾情为你奉上攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目：40Cr钢机床齿轮的热处理工艺设计学生姓名： X X X 学 号： XXX 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 20XX级材料成型及控制工程 班 级： 20XX材料成型及控制工程1班 指 导 教 师： X X X 职称： 讲 师 2012年12月28日攀枝花学院教务处制专心-专注-专业攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目40Cr钢机床齿轮的热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计40Cr钢机床齿轮的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能使学生了解、设计40Cr钢机床齿
2、轮的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容 ：（1）明确设计任务（包括用途、服役条件及性能要求）（2）绘出热处理件零件图（3）给出设计方案（4）写出设计说明（5）设计质量检验项目（6）设计热处理工艺卡片（7）40Cr钢机床齿轮的热处理缺陷及预防或补救措施要求：（1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。（2）分析热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（3）提交设计说明书（报告），2千字以上。报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。3、主要参考文
3、献1 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版4 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.4、课程设计工作进度计划第16周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第17周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名
4、称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、
5、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘 要
6、 本课设计了40Cr钢机床齿轮的热处理工艺设计。主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（正火 ）、淬火+高温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。40Cr为中碳合金钢，预备热处理是正火，正火的加热温度通常为Ac3以上3050,而对于中碳合金钢的正火温度通常为Ac3以上50100，热温度范围为850900，选870。主要目的是为了获得一定的硬度，便于钢坯的切削加工，为调质做好组织准备。最终热处理为淬火+高温回火，淬火温度要求T=Ac3+3050（）可得，淬火温度T=830850（），选850，采用油冷的冷却方式；回火温度为520。通过调质处
7、理，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织，使齿面有足够的硬度和耐磨性，芯部有一定的强度和韧性。 关键词：40Cr钢，正火，高温回火，机床齿轮目 录1 012561 设计任务1.1设计任务 40Cr钢机床齿轮的热处理工艺设计1.2设计的技术要求齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。 材料为40Cr调质钢的齿轮，当840-860油淬，540-620回火时
8、，调质硬度可达28-32HRC，可改善组织、提高综合机械性能；当860-880油淬，240280回火时，硬度可达46-51HRC，则钢的表面耐磨性能好，芯部韧性好，变形小；当500-560氮化处理，氮化层0.15-0.6mm时，硬度可达52-54HRC，则钢具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度，较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极小；当通过电镀或表面合金化处里后，则可改善齿轮工作表面摩擦性能，提高抗腐蚀性能。另外40Cr调质钢满足材料的工艺性能。材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工,因此选40Cr调质钢。40Cr调质钢淬透
9、性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差，可以通过改变工艺规程、热处理方法等途经来改善材料的工艺性能。2 设计方案2.1机床齿轮的分析齿轮用于机械装置中功率的传递与速度的调节,在机床中不仅有着重要的作用,而且用量相当大。因此为获得理想的组织与性能，保证机床齿轮在生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件特点要求和技术条件，认真分析机床齿轮在使用过程中的受力状况和可能失效形式，正确选择材料。2.1.1工作条件机床齿轮的工作条件很复杂，具体条件如下：齿轮工作时,从啮合点到齿根的整个齿面上均受脉动的弯曲应力作用，而在齿根危险断面上造成最大的弯曲应力。在脉动弯曲应力作用下，可是齿轮产生弯曲疲劳破坏，
10、破坏形式是断齿。齿轮工作时，通过齿面的接触传递动力,在接触应力的反复作用下，会使工作齿面产生接触疲劳破坏。破坏形式主要有麻点剥落与硬化层剥落两种。齿轮工作时，两齿面相对运动，会产生摩擦力。齿轮工作时，还会承受强烈的冲击载荷。2.1.2失效形式机床齿轮的主要失效形式为齿面点蚀和轮齿折断。齿面点蚀。齿轮传动过程中，齿轮接触面上各点的接触应力呈脉动循环变化，经过一段时间后，会由于接触面上金属的疲劳而形成细小的疲劳裂纹，裂纹的扩展造成金属剥落，形成点蚀。轮齿折断。最常见的是弯曲疲劳折断、过载折断。轮齿受力后,在齿根部产生的弯曲应力最大,且在齿根过渡圆角处有应力集中。如果轮齿的交变应力超过了材料的疲劳极
11、限,在齿根圆角处将产生疲劳裂纹,随着裂纹不断扩展。2.1.3性能要求1.齿轮会在齿根危险断面上造成最大的弯曲应力，在脉动弯曲应力作用下，可是齿轮产生弯曲疲劳破坏，因此机床齿轮应具有高的疲劳极限和高的抗弯强度。2.齿轮通过齿面的接触传递动力,在接触应力的反复作用下，会使工作齿面产生接触疲劳破坏，因此齿轮应具有高强度和较高的韧性。3.齿轮工作时，两齿面相对运动，会产生摩擦力，因此齿轮应具有高的耐磨性。4.齿轮工作时，还会承受强烈的冲击载荷，因此齿轮应具有抗多次冲击的能力。5.齿轮工作过程中会有摩擦，会摩擦生热，使齿轮在较高的温度环境下工作，因此齿轮应具有一定的高温下的高强度和精度。2.2钢种材料4
12、0Cr钢为中碳合金钢，有较高的力学性能和工艺性能，应用十分广泛。经过调质处理的40Cr具有良好的综合力学性能，具有如下3个特点：在铁素体机体上均匀分布的粒状碳化物起弥散强化作用，溶于铁素体中的合金元素起固溶强化作用，从而保证刚有较高的屈服强度和疲劳强度。组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而成的，晶粒细小，使刚的冷脆倾向大大减小。根据以上特点可知：经调质热处理的40Cr中碳合金结构钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，还具有高的疲劳强度，高温下的强度，还能使心部具有高的强度和韧性，从而满足机床齿轮的质量要求。3 设计说
13、明3.1机床齿轮零件图机床齿轮零件图如图1所示：处理(完全退火)机械加工渗碳淬火+低温回火平磨组装。A钢属于低碳钢，其成分1如下表3.1.表3.1 A钢的化学成分（质量分数，%）CMnPSCrNiCuSi0.120.190.350.650.0350.0350.250.250.250.170.37成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)等。 图1 机床齿轮零件图3.2加工工艺流程40Cr钢制造机床齿轮热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料锻造预备热处理(正火)粗加工精加工粗铣齿最终热处理（淬火+高温回火）精铣齿成品。40Cr钢属于中碳钢，其成分如下表1表1 40Cr钢的化学成分（质量分数，%）CMnCrSiPSNiCu0.
