Термическая обработка после зубофрезерования | Yujiaxin Tech

Термическая обработка после зубофрезерования | Цементация и глубина слоя

Два зубчатых колеса, нарезанных одной фрезой, могут различаться более чем на 30 HRC по твёрдости поверхности и почти на порядок по контактной усталостной долговечности. Разницу определяет термическая обработка после зубофрезерования, то есть всё, что происходит после нарезания зубьев.

Под этим понимают операции после нарезания: цементацию и закалку, нитроцементацию, индукционную закалку, азотирование и улучшение, а вместе с ними шлифование, хонингование и дробеструйное упрочнение. Здесь описаны выбор процесса, глубина слоя и твёрдость сердцевины, деформация и припуск на шлифование, а также параметры, которые фиксируют до расчёта. Yujiaxin Tech объединяет зубофрезерование, термообработку, шлифование и контроль в одной цепочке; возможности показывает матрица шести технологий.

Ключевые выводы

• Зубофрезерование придаёт форму зубу, но не упрочняет его: твёрдость поверхности остаётся около 30-40 HRC, пока цементация не поднимет её до 58-62 HRC при твёрдости сердцевины 30-45 HRC.
• Эффективная глубина слоя определяется граничной твёрдостью 550 HV (около 52 HRC), а рабочее правило составляет 15%-20% модуля.
• Цементация с закалкой в масле смещает суммарный шаг на +0.05-0.15 мм, поэтому закладывают 0.10-0.20 мм припуска на каждую боковую поверхность.
• Дробеструйная обработка ножки зуба создаёт слой сжимающих напряжений 0.1-0.3 мм и повышает усталостную прочность при изгибе в 3-5 раз.

Зачем нужно упрочнение после зубофрезерования

Зубофрезерование задаёт профиль, направление зуба и шаг холодным формообразованием, но не меняет твёрдость поверхностного слоя. Стали 20CrMnTi и 42CrMo после фрезерования имеют 30-40 HRC, и в мягком состоянии возможны износ поверхности, выкрашивание и излом ножки зуба. Термическая обработка после зубофрезерования поднимает содержание углерода в поверхностном слое до 0.8%-1.0% и даёт 58-62 HRC на поверхности, а сердцевина сохраняет 30-45 HRC.

Вывод: зубофрезерование задаёт форму зуба, а упрочнение определяет ресурс.

Термическая обработка после зубофрезерования: методы и выбор

Для тяжело нагруженных колёс выбирают цементацию, для жёстких классов точности и малой деформации выбирают азотирование, для крупных модулей подходит индукционная закалка, а для вязкости по сечению применяют улучшение.

Стали 20CrMnTi и SCM420 имеют верхнюю границу около 920 °C для ограничения роста зерна. Металлургические подробности даёт ресурс ASM по материалам и термообработке.

Вывод: нагрузка, точность и размер партии определяют метод.

Глубина слоя и твёрдость сердцевины

Цементованные колёса используют 550 HV (около 52 HRC) как граничную твёрдость эффективной глубины слоя, азотированные слои используют 650 HV, а рабочее правило задаёт ECD около 15%-20% модуля. Поверхность 58-62 HRC отвечает за износостойкость, сердцевина 30-45 HRC отвечает за изгиб ножки, а остаточный аустенит удерживают в пределах 15%.

Вывод: метод, твёрдость поверхности, твёрдость сердцевины и предел контактной усталости подтверждают набором.

Влияние деформации на точность зуба и припуск на шлифование

Деформация от упрочнения имеет три источника: изменение объёма при фазовом превращении, термические напряжения при закалке, а также закрепление и собственный вес. Цементация с закалкой в масле смещает суммарный шаг на +0.05-0.15 мм и направление зуба на +0.02-0.06 мм. Припуск, заложенный при фрезеровании, связан с червячной фрезой и режимами резания, потому что износ инструмента меняет оставленный припуск.

Перед чистовым шлифованием закладывают 0.10-0.20 мм припуска на каждую боковую поверхность. Низкое давление цементации с газовой закалкой высокого давления снижает изменение направления зуба на 48%-59%. Yujiaxin Tech сводит упрочнение и припуск на шлифование в одну технологическую карту; возможности показывает прецизионные зубчатые колёса и передачи.

Вывод: припуск, деформация, шлифовальная коррекция и итоговый класс точности идут одной цепочкой.

Совместная работа шлифования и хонингования после термической обработки после зубофрезерования

Шлифование делится на обкатное и профильное и корректирует деформацию, чтобы вернуть класс точности по ISO 1328. Главный риск в том, что слой прошлифуют насквозь. Хонингование выполняют после шлифования, и оно снижает шум зацепления за счёт лучшей шероховатости. Режимы низкого напряжения сохраняют сжимающие напряжения на шлифованной поверхности.

Вывод: при большой деформации и жёсткой точности выбирают шлифование, при приоритете шума выбирают хонингование.

Дробеструйное упрочнение и усталость ножки зуба

Дробеструйную обработку после упрочнения управляют размером дроби, давлением, степенью покрытия и интенсивностью по Алмену, и она создаёт слой сжимающих напряжений 0.1-0.3 мм. Галтель ножки является самым слабым местом по изгибной усталости, поэтому упрочнение ножки даёт больше, чем упрочнение поверхности, и усталостная прочность при изгибе растёт в 3-5 раз.

Вывод: слой сжимающих напряжений 0.1-0.3 мм повышает усталостную прочность ножки зуба в 3-5 раз.

Контроль и приёмка термической обработки после зубофрезерования

Твёрдость поверхности измеряют в HRC, а профиль слоя измеряют градиентом отпечатков HV1 или HV0.3. Отпечаток HRC достигает глубины около 1.5 мм и осредняет слой, поэтому для глубины слоя он не подходит. Пересчёт следует ISO 18265 и ASTM E140.

Металлография проверяет уровень мартенсита, остаточный аустенит и размер зерна. Yujiaxin Tech охватывает градиент твёрдости, металлографию и CMM в сквозной системе качества и измерений. Несущую способность проверяют по ISO 6336 и ISO 9085, а прослеживаемость следует метрологическим основам NIST.

Вывод: список приёмки подтверждают по признаку, методу и критерию.

Типовые дефекты и меры

Выкрашивание или отслаивание следует за слишком тонким или глубоким слоем либо за слабой опорой сердцевины, поэтому проверяют сочетание ECD и твёрдости сердцевины. Излом ножки следует за недостаточной вязкостью сердцевины, поэтому твёрдость сердцевины удерживают 30-45 HRC и галтель обрабатывают дробью. Прижог, чрезмерная скорость закалки и неконтролируемая атмосфера печи дают шлифовочные трещины, закалочные трещины и обезуглероживание.

Вывод: сначала причину, затем меру.

Список для закупки: десять параметров до расчёта

Для термической обработки после зубофрезерования зафиксируйте каждый пункт:

1. Материал и марка (20CrMnTi, 42CrMo, SAE 8620)
2. Метод (цементация, нитроцементация, индукционная закалка, азотирование или улучшение)
3. Требование к твёрдости поверхности (диапазон HRC)
4. Требование к твёрдости сердцевины (диапазон HRC)
5. Эффективная глубина слоя (мм с указанием граничной твёрдости)
6. Управление деформацией и припуск на шлифование (мм на боковую поверхность)
7. Итоговый класс точности (ISO 1328)
8. Требование к дробеструйной обработке (покрытие и интенсивность по Алмену)
9. Контроль и протоколы (градиент твёрдости, металлография, CMM)
10. Размер партии и срок поставки, а также сертификация (ISO 9001, IATF 16949, GJB9001C)

Вывод: все десять сразу исключают повторные расчёты и разброс в серии.

Почему Yujiaxin Tech. Yujiaxin Tech основана в 1998 году и объединяет шесть технологий: MIM, PM, точное литьё, зубофрезерование, CNC и CIM. Зубофрезерование, термообработка, шлифование и контроль замыкаются на одном заводе, что даёт единую ответственность и прослеживаемые данные о качестве.

Заключение. Выбор термической обработки после зубофрезерования сводится к четырём пунктам. Метод выбирают по нагрузке и точности. Глубина слоя следует за модулем. Припуск на шлифование задаёт деформация. Усталость решает, нужна ли дробеструйная обработка. Чтобы оценить конкретное колесо, отправьте данные по термообработке и образцам. Полезно также прочитать точность зубофрезерования и приёмка.