精简 TPX6111B 普通卧式铣镗床主运动齿轮材料与热处理工艺研究
2018-10-26 来源： 沈阳机床股份有限公司 作者：王一楠 崔瑶 张铁 李铮 李翊群
摘 要：TPX6111B 普通卧式铣镗床是沈阳机床集团的经典产品之一，其主轴箱内部结构复杂，齿轮众多。针对该机床主运动齿轮的材料及其热处理工艺进行介绍和分析。
关键词：镗床；齿轮；材料；热处理
1 、引言
齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一种传动形式。TPX6111B 普通卧式铣镗床是我们沈阳机床集团的经典产品之一，其主轴箱内部结构复杂，齿轮众多。机床自面世以来，由于齿轮导致的故障率极低，可见其齿轮设计合理，材料和热处理工艺选择得当，故我们对 TPX6111B 主运动齿轮进行介绍和研究。
2 、齿轮常用材料和热处理工艺
高频淬火齿轮通常用含碳量为 0.40%～0.50%的 C 钢或低合金钢(40、45、40Cr、45Mn2) 制造。大批量生产时, 一般要求精选含碳量以保证质量。45 钢限制在 0.42%～0.47%C, 40Cr 钢限制在 0.37%～0.42%C。经高频淬火并低温回火后, 淬硬层应为混合回火马氏体, 而心部则为毛坯热处理（正火或调质）后的组织。
在工作中，齿轮的受力情况比较复杂，齿轮的根部受交变弯曲应力，齿面受大的接触应力并产生强烈的摩擦，并且在啮合不良时，还受到一定的冲击载荷。为了达到以上的性能，满足工作需要，就要根据齿轮工作的载荷和工作环境合理的选择齿轮材料和热处理工艺。
3 、TP X6111B 主运动齿轮分析
3.1 主运动齿轮材料及热处理选择
主电机：1450rpm，功率：7.5KW，主轴转速：8-1000r/min,最大扭矩：1225Nm，最大轴向抗力：12250N。属于低速、中重型机床且齿轮运行环境良好。机床主轴箱齿轮承担着传递动力和变速的任务，工作时间长，故一般采用钢或 40Cr 或 20Cr 制造，见图 1、表 1。
40Cr 合金钢的齿轮热处理为齿部高频淬火+低温回火，热处理后，表面硬度可达 48HRC。提高了钢的表面耐磨性能好且芯部由于没有进行淬火保持了好的韧性，变形小；5-8;13、14 齿轮在传动中受冲击力大，且换挡次数频繁，所以要求齿轮具有高的耐磨性，疲劳强度和芯部韧性。
故采用材料选用 20Cr。热处理工艺采用渗碳+淬火+低温回火，根据机床齿轮的工作状态，属于重载齿轮，故渗碳层取 0.9mm。
3.2 主运动齿轮常见问题分析
在实际生产和服务的过程中，机床主运动部分有齿轮噪声、杂音等现象发生，也偶有发生断齿和齿轮变形的情况。齿轮噪声和杂音的产生一般是因加工精度不能保证而引起的。
通过严格控制产品质量，保证零件按图纸加工可以有效避免此类问题发生。齿轮打齿及齿轮变形的情况则是由于热处理不当引起的。实际生产中小尺寸的渗碳钢齿轮易发生断齿现象，需要进行渗碳的齿轮，若渗碳层过大，则会导致齿轮芯部硬度过高，韧性不足，导致断齿现象的发生。齿轮变形则是由于表面硬度不够造成的，检测变形齿轮发现变形齿轮硬度低于图纸要求硬度，严格控制热处理工艺后症状没有发生。
由上述可见，TPX6111B 产 品 的齿轮材料和热处理与其运行工况是相符的，能满足机床工作需要。
结语
虽然齿轮设计在机床设计工作中的数量在减少，但随着电气技术的提高对齿轮提出的要求也相应提高，齿轮传动结构还不可避免。长时间的市场检验证明，本产品质量稳定，主轴箱齿轮故障率低，说明其工况和齿轮材料和热处理工艺可以说是相当的匹配。希望本文能对读者在机床齿轮设计中有所启发。
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