Lựa chọn giữa mặt răng mềm và cứng: Ngưỡng 350 HBW quyết định vật liệu, nhiệt luyện và quy trình gia công

Hướng dẫn nhanh: xác định độ cứng mặt răng trước, sau đó chọn thép. Trong thực tế hàng ngày, 350 HBW đánh dấu sự phân chia giữa mặt răng mềm và cứng. Ở phía mềm, sử dụng quy trình tôi và ram: thép 45 khoảng 217–255 HBW, 40Cr khoảng 241–286 HBW, 42CrMo khoảng 269–302 HBW, và trình tự là “phay răng trước, nhiệt luyện sau”, do đó biến dạng nhiệt luyện không làm hỏng dạng răng đã hoàn thiện và chi phí vẫn ở mức vừa phải. Ở phía cứng, áp dụng thấm carbon và tôi: 20CrMnTi cho 58–62 HRC ở bề mặt với lõi giữ ở 30–45 HRC, và trình tự đảo ngược thành “nhiệt luyện trước, mài răng sau”, thêm công đoạn và chi phí nhưng cho phép bánh răng nhỏ gọn hơn, nhẹ hơn ở cùng tải trọng. Con số 350 HBW là một quy ước công nghiệp, không phải giá trị được ghi trong bất kỳ tiêu chuẩn nào; trong sử dụng, nó phải được cân bằng với tốc độ, tải trọng, va đập và giới hạn không gian.

1. Điều gì làm cho thấm carbon và tôi tạo ra lớp cứng trên lõi dẻo

Điểm khởi đầu cho thấm carbon và tôi là thép carbon thấp (carbon 0,15%–0,25%), được ngâm trong môi trường chứa carbon để carbon thấm vào lớp bề mặt, sau đó được tôi và ram ở nhiệt độ thấp. Một bánh răng do đó có hai tính chất đối lập: carbon bề mặt tăng lên khoảng 0,8%, và sau khi tôi, độ cứng đạt 58–62 HRC, cho khả năng chống mài mòn và chống áp lực; hàm lượng carbon lõi về cơ bản không thay đổi, với độ cứng 30–45 HRC, cung cấp độ bền và khả năng chống gãy do va đập.

Trong 20CrMnTi, cả Ti và Mn đều cải thiện độ thấm tôi, do đó ngay cả các phần dày hơn cũng có thể được tôi cứng xuyên suốt. Đối với bánh răng tải trọng trung bình, chiều sâu lớp thấm hiệu dụng thường được áp dụng là 0,8–1,5 mm: chiều sâu không đủ làm lớp cứng bị sụp dưới tải trọng, trong khi chiều sâu quá lớn làm tăng chi phí và thực tế làm giảm độ dai va đập.

Thấm carbon cung cấp một lợi thế nữa: sự chuyển biến martensitic trong lớp bề mặt để lại ứng suất nén dư, do đó mỏi uốn tại chân răng hoạt động dễ dự đoán hơn so với các chi tiết tôi cảm ứng có cùng độ cứng. Đó là lý do các hộp số tiếp xúc với va đập — ô tô, máy xây dựng — hầu như luôn chỉ định thép thấm carbon.

2. Vật liệu bánh răng và giá trị độ cứng trong nháy mắt

• Vật liệu 45: Tôi và ram
  • Độ cứng bề mặt răng: 217–255 HBW
  • Sử dụng điển hình: Tốc độ thấp và tải nhẹ, bánh răng thông dụng
• Vật liệu 40Cr: Tôi và ram
  • Độ cứng bề mặt răng: 241–286 HBW
  • Sử dụng điển hình: Tốc độ trung bình và tải trung bình, máy công cụ, hộp giảm tốc đa dụng
• Vật liệu 42CrMo: Tôi và ram
  • Độ cứng bề mặt răng: 269–302 HBW
  • Sử dụng điển hình: Mô-đun lớn, tải nặng, yêu cầu độ bền cao hơn
• Vật liệu 40Cr: Tôi bề mặt
  • Độ cứng bề mặt răng: 45–55 HRC
  • Sử dụng điển hình: Tải trung bình, yêu cầu chống mài mòn
• Vật liệu 20CrMnTi: Thấm carbon và tôi
  • Độ cứng bề mặt răng: Bề mặt 58–62 HRC, lõi 30–45 HRC
  • Sử dụng điển hình: Tốc độ cao và tải nặng, có va đập (như hộp số ô tô)
• Vật liệu QT600-3: Đúc nguyên/normalizing
  • Độ cứng bề mặt răng: 190–270 HBW
  • Sử dụng điển hình: Bánh răng lớn tốc độ thấp, chi tiết vỏ tích hợp

Các giá trị liệt kê ở trên là phạm vi sổ tay thông thường; bản vẽ và thỏa thuận kỹ thuật quy định các con số cuối cùng.

3. Quyết định ban đầu: mặt răng mềm hay cứng

Bánh răng mặt răng mềm là loại có độ cứng bề mặt sau khi tôi và ram hoặc normalizing vẫn dưới 350 HBW. Bề mặt của nó mềm và phụ thuộc vào quá trình chạy rà để phát triển tiếp xúc; trình tự là “phay răng trước, nhiệt luyện sau”, do đó biến dạng từ nhiệt luyện không làm giảm độ chính xác của dạng răng đã cắt, và chi phí vẫn ở mức vừa phải.

Bánh răng mặt răng cứng có độ cứng bề mặt trên 350 HBW (hoặc trên 45 HRC). Bề mặt của nó cứng và khả năng chịu tải cao; ở cùng tải trọng, bánh răng có thể được chế tạo nhỏ hơn và nhẹ hơn. Tuy nhiên, trình tự bị đảo ngược — nhiệt luyện trước, mài răng sau — điều này thêm công đoạn và làm tăng chi phí.

Ranh giới 350 HBW là một quy ước công nghiệp được áp dụng rộng rãi chứ không phải là con số được định nghĩa bởi bất kỳ tiêu chuẩn nào. Các yếu tố thực sự thúc đẩy quyết định là tốc độ, tải trọng, sự hiện diện của va đập và không gian lắp đặt có sẵn.

4. Những cạm bẫy phổ biến cần tránh

1. Bản vẽ chỉ đưa ra mác thép mà không có độ cứng là chưa đầy đủ. Cùng một loại 40Cr có thể theo hai con đường, tôi và ram hoặc tôi bề mặt, và độ cứng mặt răng khác nhau gần gấp đôi (241–286 HBW so với 45–55 HRC), do đó quy trình công nghệ, báo giá và thời gian giao hàng khác biệt hoàn toàn.
2. Chi tiết thấm carbon phải có lượng dư mài đầy đủ được dự trữ trước. Biến dạng trong quá trình thấm carbon và tôi là không thể tránh khỏi, và mài răng là bảo đảm cuối cùng cho độ chính xác. Lượng dư cho chi tiết thấm carbon nói chung lớn hơn so với chi tiết tôi và ram (thường 0,2–0,3 mm mỗi bên đối với mô-đun trung bình), và lớp cứng không được mài hết.
3. Đối với sản xuất thử lô nhỏ, đừng vội chọn 20CrMnTi. Chu trình thấm carbon cộng mài răng được tính bằng tuần; khi tải trọng khiêm tốn, 40Cr hoặc thậm chí thép 45 tôi và ram sẽ đủ và tốn ít chi phí hơn. Mua vật liệu đắt tiền không phải là thành tích; mua đúng vật liệu mới là.

5. Dữ liệu vật liệu rõ ràng là cơ sở cho một mức giá rõ ràng

Một bản vẽ bánh răng đủ tiêu chuẩn nên có ít nhất ba mục trong cột vật liệu: mác thép, phương pháp nhiệt luyện và phạm vi độ cứng. Khi ba điều đó được xác định, có cơ sở để thảo luận về quy trình công nghệ và chi phí — bánh răng trụ răng thẳng và răng nghiêng được sản xuất theo bản vẽ, hỗ trợ gia công bao gồm phay thô, phay tinh, cà răng và mài răng, và năng lực nhiệt luyện và kiểm tra xuất hiện trong hệ thống kiểm tra và chất lượng.

Gửi bản vẽ — mô-đun, số răng, cấp chính xác, yêu cầu nhiệt luyện, điều kiện làm việc — và đội ngũ kỹ thuật sẽ phản hồi sau khi xem xét bản vẽ với các khuyến nghị về vật liệu và nhiệt luyện, quy trình công nghệ và báo giá. Liên hệ Pinyi Electromechanical.