1 绪论

1.1 中国人民解放军第七四一〇工厂简介

中国人民解放军第七四一〇工厂（安徽省湖滨机械厂）是一家大型工业企业。隶属中国人民解放军总装备部。地处安徽省巢湖市，始建于1970年9月。全厂占地面积188万平米，建筑面积21万平米，资产总额3.23亿元，设备1700台套，在册职工2000余人，各类专业技术人员500余人。20##年度实现产值3.6亿，利税2600万元。是集铸锻、钣金、冲压、机械加工、热处理、橡胶制品、光学、无线电、履带车辆大修为一体，专业配套、各类加工手段齐全、理化分析计量检测手段完善的综合型机械制造和修理企业。工厂具备良好的水上试验场、陆上试验场和武器试验场。工厂已通过ISO9001的质量管理体系认证。工厂突出加强了军贸产品研制工作，先后研制了外贸型05P轮式装甲车车体及05P系列轮式装甲保障车、4×4轮式装甲车等项目，为工厂的发展拓展了新的领域，增加了新的经济增长点。

七四一〇工厂主要是维修和改造67式水陆两栖作战坦克还有各型号的6X6装甲车。工厂主要产品有：神功牌ZDY、ZLY、ZSY三系列硬齿面圆柱齿轮减速器；DBY、DCY二系列硬齿面圆锥圆柱齿轮减速器；NGW行星减速器系列； QJR、QJS、QJRS、起重机系列减速器；水泥磨机减速器JDY、MBY、MCD等系列，糖厂压榨机传动减速器、橡塑机械密炼机挤出机配套齿轮箱、煤矿掘进机减速器、铝铸轧机双行星减速机、冷拔机减速器、微张力减径机减速机、定径机主减速机、轧钢机齿轮箱、轧铜机齿轮箱、卷取机、开卷机、飞剪以及各类大型非标减速器和轧机成套机列加工服务。

1.2 中国人民解放军第七四一〇工厂技工学校简介

中国人民解放军第7410工厂技工学校是一所以培养中、高级技术工人为主的一所正规技工学校，是享有国家助学金资助和全国技工学校实行电子注册的指定学校。主要开设机电、数控加工、焊接技术、船舶制造、特种车辆修理等专业。学校师资力量雄厚，专业设置合理，教学设备齐全，实训条件一流。学校坚持以人为本，实行德育量化管理，注重教学改革和学生综合素质的提高，着重培养学生动手操作能力和创新能力，历届毕业生深受用人单位欢迎。

该学校是安徽省劳动和社会保障厅首批批准的 “机电高级技能人才培训基地”；是 “再就业培训定点机构”、“农民工培训定点机构”；是“安徽广播电视大学教学点”；是国家劳动和社会保障部批准的“国家职业技能鉴定所”；学校被省政府授予“全省职业技术教育先进单位”称号。目前学校与多所高等院校建立了产、学、研教学实践基地。

2 齿轮的概述

2.1齿轮的介绍

齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。结构一般有轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆。 

齿轮按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮 ；按齿线形状分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮；按轮齿所在的表面分为外齿轮、内齿轮；按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。

表一 常用的齿轮及其应用

2.2齿轮传动

齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种形式，是机械产品的重要基础零部件。它与其他传动形式（像链传动、带传动、液压传动等）机械传动相比，具有功率范围大，传动效率高，圆周速度高，传动准确，使用寿命长，结构尺寸小等特点。因此，它已成为许多机械产品不可缺的传动部件，也是机器中所占比重最大的传动形式。齿轮传动在我国的发展是从渐开线齿廓起步的，渐开线齿轮在技术上最成熟，应用最具备条件，使用的也最广泛，在机械设计中占有主导地位，由于齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械产品的性能和质量，因此，齿轮在工业发展中的地位一直比较突出，被公认为是工业化的一种象征。

  3 齿轮材料的选取和前处理

3.1齿轮材料的选择 

齿轮是传递动力、改变运动速度和方向的机械零件。根据齿轮的受力特点，要求齿轮具有高的接触疲劳极限、高的抗弯强度、高的耐磨性、足够的冲击韧性和高的传递精度等。因此正确地选用齿轮材料和进行合理的热处理对齿轮的工作情况至关重要。选择齿轮材料时须从以下几个方面来考虑：

3.1.1满足材料的机械性能
    材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。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。  
3.1.2 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，因此选材时要对材料的工艺性能加以注意。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求。但强度不够高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们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。

例如汽车变速箱中的齿轮选择20CrMnTi钢，该钢具有较高的机械性能，在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为58-62HRC，心部硬度为30-45HRC。20CrMnTi的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。此外，20CrMnTi还具有较好的淬透性，由于合金元素钛的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直接降温淬火。且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。适合于制造承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件，因此根据齿轮的工作条件选用20CrMnTi钢是比较合适的。
3.1.3 材料的经济性要求
    所谓经济性是指最小的耗费取得最大的经济效益。在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。

   齿轮常用的材料有低碳结构钢低碳合金结构钢中碳结构钢中碳合金结构钢铸铁铜合金等。选用材料时需考虑齿轮的具体工作条件精度要求以及热处理工艺等。汽车拖拉机齿轮的常用钢材及热处理见表二.机床齿轮常用钢材及热处理工艺见表三。

表二 汽车拖拉机常用钢材及热处理

表三 机床齿轮常用钢材及热处理工艺

3.2 齿轮毛坯的加工

3.2.1齿坯的准备

齿轮毛坯形式主要有棒料、锻件、铸件。棒料用于小尺寸、结构简单而且对强度要求低的齿轮。锻件多用于齿轮要求强度高、耐冲击和耐磨。当齿轮直径大于400-600毫米时，常用铸造方法铸造齿坯。为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度齿轮，可以直接铸出轮齿；压力铸造，精密铸造、粉末冶金、热扎和冷挤等新工艺，可制造出具有轮齿的齿坯等新工艺，可制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率，节约原材料。但热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大范围推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小，而且生产效率高。

当选好齿轮材料后，利用锻造和铸造的方法获得毛坯。关于如何选择毛坯的生产方式，需要综合考虑金属材料、加工质量、经济性等多方面因素。毛坯生产方式的选择原则：

3.2.1.1  满足零件的使用要求：

零件的使用要求包括对零件形状和尺寸的要求以及工作条件对零件性能的要求。

3.2.1.2  降低制造成本：

一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及消耗的燃料和动力费用、人工费、各项设备及工具折旧费和其他辅助性费用。

3.2.1.3考虑生产条件：

根据零件使用要求和制造成本分析所选定的毛坯制造方法，在一个特定的企业部门是否可行。

上述三条原则中，满足零件的使用要求是第一位的，一切产品必须达到质量标准，否则就会造成严重的社会浪费。

3.2.2  齿坯的热处理

钢料齿坯最常用的热处理为正火或调质。正火安排在铸造或锻造之后，切削加工之前。这样可以消除钢件中残留的铸造或锻造内应力，并且使铸造或锻造后组织上的不均匀性通过重新结晶得到细化而均匀的组织，从而改善了切削性能和表面粗糙度，还可以减少淬火时变形和开裂的倾向。调质同样起到了细化晶粒和均匀组织的作用，只不过它可以使齿坯韧性更高些，但切削性能差一些。而对于棒料齿坯，正火或调质一般安排在粗车之后，这样可以消除粗车形成的内应力。

４　齿形的加工

４．１　齿形加工方法

 4.1.1  成形法

成形法（也称仿形法）是用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具切削轮齿的方法，如铣齿、成形法磨齿。

 

图1盘形齿轮铣刀铣齿轮                          图2指状齿轮铣刀铣齿轮   

其特点是：加工精度和生产率较低，适于单件小批生产。

4.1.2  展成法：

展成法（也叫包络法或范成法）是利用齿轮的啮合原理进行切削的。只需一把刀具就能加工出模数相同而齿数不同的齿轮。如插齿、滚齿、剃齿和展成法磨齿。

其特点是：加工精度和生产率较高，一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮。常见的齿轮的齿形加工方法及特点如下表所示：

          

 表四常见的齿轮的齿形加工方法及特点

５　齿面的化学热处理

５．１　化学热处理的概述

钢的化学热处理是把工件（零件或工具模等）放在一定的活性介质中加热，使活性物质的原子（金属或非金属）渗入工件表层中，改变其表层化学成分的热处理工艺。化学热处理和其他热处理方法相比，其特点是：改变金属工件表层的化学成分和组织从而改变工件的表面性质，在工件中心成分不变的情况下获得满足使用要求的工件。

生产中采用的化学热处理方法很多，按其作用来说，可基本归纳为两类。一是提高表面机械性能（强度、硬度、耐磨性以及疲劳强度）为目的的化学热处理；二是以提高表面化学稳定性（抗氧化、耐腐蚀）为目的化学热处理。当然，有时是以上两种特性兼而有之。化学热处理渗层的性能取决于渗入元素与基体所形成的合金成分及组织结构。下表列出了常用化学热处理方法特点及主要应用范围。

表五常用化学热处理方法特点及主要应用范围

５．２　化学热处理的基本过程

化学热处理是由化学介质的分解产生活性原子，然后为工件表面所吸收并向内部扩散这样几个基本过程组成，即一般化学热处理的基本过程包括气氛的形成、吸附、分解反应、吸收和扩散。下面以最常用的化学热处理方法—渗碳—来介绍。

５．３ 渗碳

５．３．１渗碳的目的、工艺特点和分类

渗碳，就是将工件（一般为低碳钢）放在增碳的活性介质中加热并保温，使工件表面为碳所饱和而获得一定厚度的高碳层的工艺过程。渗碳的目的是在低碳钢和低碳合金钢零件的表面得到高的含碳量，其后经淬火-低温回火得到高的硬度和耐磨性的渗碳层，零件表层为高碳回火马氏体组织，心部低碳回火马氏体组织，零件的心部具有高的强韧性。因此，渗碳工艺的特点是把低碳钢或低碳合金钢零件置于具有增碳能力，含活性碳原子介质（渗碳剂）中加热，保温，使活性碳原子渗入工件表面，并在碳浓度梯度作用下，碳原子由表向里扩散形成要求厚度和碳浓度的扩散层即渗碳层。对多数中小型零件来说，渗碳层深度一般为0.7-1.5mm，碳的质量分数为0.7%-0.9%。

按照渗碳介质的状态，一般渗碳工艺可分为气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳三类，当前大量运用的为气体渗碳。

５．３．２常用渗碳钢及其选择

５．３．２．１ 常用渗碳钢的含碳量 

 常用渗碳钢碳的质量分数为0.12%-0.25%，含碳量低是为了保持零件内部具有高的或较高的韧性。为了提高钢的力学性能和淬透性，以及其他的热处理性能，常在钢中添加合金元素，例如添加铬、锰、镍、硼

可提高钢的淬透性，利于大型零件实现渗碳后的淬火强化，即淬火渗碳零件的表层和心部均可获得马氏体组织，具有良好的综合力学性能。即表层具有高的硬度，耐磨性和解除疲劳强度，而心部具有高的强韧性。此外，钢的高淬透性还利于零件淬火时选择较低冷却能力的淬火介质，或采用等温淬火和分级方法，因而可在保证淬火质量的同时，减小零件的淬火变形。此外，钢中添加形成稳定碳化物的合金元素，如Ti、V、W等，使钢在渗碳温度下长时间渗碳时，奥氏体晶粒不易长大，晶粒细小，有利于零件渗碳后采用直接淬火法，既节约渗碳后重新加热淬火的能量，又可缩短生产周期，提高生产效率和产品的质量。

应当指出，钢中添加形成碳化物的形成元素，如Cr,、Mo等，易使渗碳层的碳浓度偏高，形成网状或块状碳化物，增加渗碳层的脆性，应采用正确的渗碳工艺加以预防，例如气体渗碳时较低碳势的渗碳气氛。含硼的钢种价格较低，淬透性较好，但是，淬火变形较大和淬火变形的规律性较差，难以控制。

 渗碳零件多数是比较重要的零件，要求力学性能和可靠性较高，例如汽车，拖拉机的齿轮和活塞销，船舶，轧钢和矿山机械的大型重载齿轮或高速重载齿轮，高强韧性轴承和凿岩机的活塞等。因此，渗碳钢对钢材的冶金质量和化学成分等的要求较高，绝大部分渗碳钢属于优质钢或高级优质钢，成分特点之一是杂质含量低；优质钢中的磷、硫的质量分数均小于或等于0.04%，高级优质钢的磷、硫质量分数均小于或等于0.03%。

5.3.2.2  选择渗碳钢的基本原则

渗碳钢的冶金质量和化学成分，必须满足渗碳零件使用条件对性能的要求，常用渗碳零件要求的是综合力学性能。例如，在腐蚀介质中使用的零件，除要求足够的强韧性和耐磨性以外，还要求必要的抗蚀性。此外，选用材料的工艺性能，必须满足零件制造工艺的要求，以及材料的来源广泛和价格较低等，才能保证零件使用寿命长，运行可靠安全。制造工艺简便和价格较低。

5.3.2.2.1满足钢的力学性能

主要是钢的强韧性应满足渗碳零件心部的力学性能要求。要求强韧性高的渗碳零件在渗碳淬火后，其心部应具有低碳马氏体组织，这就要求钢的淬透性与零件的尺寸相匹配，即零件的尺寸越大，要求钢的淬透性越高。例如，常见中小尺寸汽车，拖拉机齿轮，多用20CrMoTi或20CrMnTi合金制造；而大型重载或重载高速齿轮，如船用变速箱齿轮和轧钢机变速齿轮，宜选用18Cr2Ni4WA高合金渗碳钢制造。若渗碳零件使用中承受高的冲击载荷，即要求更高的冲击韧度时，宜选用含碳量更低的合金钢，如12CrNi3，12CrNi4等。反之应选用含碳量较高的钢种。

5.3.2.2.2  满足被选钢材的工艺性能

应满足零件制造的工艺要求，以利制造工艺简便。此外被选渗碳钢还应具有良好的渗碳，淬火等热处理工艺性能，其中渗碳性能包括：钢在渗碳温度（900-950℃）下长期保持渗碳后，其奥氏体晶粒度应在6级以上，利于零件渗碳后采用直接淬火，因为细晶粒奥氏体淬火后才能获得高强韧性的细晶粒马氏体组织；渗碳时不易在渗碳层制造过高的碳浓度，出现明显的网状或块状碳化物，使渗碳层容易开裂和剥落等严重缺陷。

５．３．３渗碳钢中的主要物理化学过程

一般的渗碳中的主要物理化学过程有三：

5.3.3.1  渗碳介质的分解或裂解

                 CH3OH(甲醇)→CO+2H2                     （3.4-1）

 

CH4（甲烷） →[C]+2 H2                    （3.4-2）

                    

                 2 CO→[C]+CO2                            （3.4-3）

        

CO2 +H2 →CO+H2O                       （3.4-4）5.3.3.2  吸附和吸收   

吸附是指渗碳介质热分解及炉内化学反应生成的气体被钢件零件表面吸附，对渗碳有意义的是活性[C]和CO被零件表面吸附。

吸收是指被吸附的活性碳原子，以及被吸附的CO经反应式（3.4-3）形成的活性碳原子被零件表面吸收，即碳原子溶入钢内形成高含碳的奥氏体。

5.3.3.3  扩散  

这里包括气体在炉气中的扩散，例如活性碳原子[C]和CO向零件表面扩散，经反应式（3.4-3）在零件表面形成的向炉气中扩散；被零件表面吸收的碳原子由零件表面向里扩散，形成零件表面的渗碳层等。

５．３．４碳在钢中的扩散和渗碳层的组织特点

５．３．４．１碳在钢中的扩散

5.3.4.1.1  质点的扩撒速度

质点的扩撒速度随扩撒层渗入元素碳的浓度梯度和扩散系数的增加而增大。扩散系数与扩散温度成指数关系快速提高，因此，提高渗层的浓度梯度，尤其是提高扩散温度可有效提高渗碳速度。例如在930℃渗碳得到1.5mm厚度的渗碳层需要6.5h,而在970℃渗碳只要5h；在1000℃渗碳时只要3h。

5.3.4.1.2  当渗碳钢的成分和温度一定，扩散系数与渗层浓度无关时，渗层深度δ与渗碳时间τ有如下关系：

δ=K

式中  K——与温度相关的常数。渗碳温度为850℃时，K=0.45；渗碳温度为900℃时，K=0.54；渗碳温度为925℃时，k=0.63。可见渗碳时间与渗层厚度成抛物线关系。

所以，渗层越厚则渗碳时间越长，而且平均渗碳速度越慢，即渗碳效率越低，渗碳成本越高。

５．３．４．２ 渗碳缓冷后渗层的组织特点

渗碳钢是低碳钢或低碳合金钢，因而渗碳零件的心部为低碳钢组织，零件的表面吸收碳原子而使其表面的含碳量升高。当渗碳介质活性高和渗碳时间足够长时，低碳钢零件表面的含碳量可以借助铁碳相图估计，见右上图。在950℃渗碳时，零件表面的饱和碳浓度可达到1.4%(质量分数)，由表向里，碳浓度不断降低。所以，渗碳后缓冷时，渗碳层的组织特点是(由表及里)：网状碳化物+珠光体→珠光体→珠光体+铁素体→珠光体减少，铁素体增多，直至低碳钢组织（心部）。

应当指出的是，渗碳层不允许出现过量的网状碳化物，防止渗碳层和零件变脆。只要控制渗碳介质的活性或碳势，就可以使渗碳层表面获得实现给定的，不会产生网状碳化物或在渗碳后淬火时可以消除的薄层，不连续的少量碳化物的碳浓度（一般的质量分数为0.75%-0.9%）。平时我们所说的炉气（气体渗碳介质）的碳势就是渗碳气氛和奥氏体之间达到动态平衡时，钢表面的含碳量。一般情况是奥氏体的实际含碳量低于炉气的碳势。因此渗碳的时间不可能达到动态平衡所要求的时间。

５．３．５　渗碳后的热处理

为使渗碳零件具有表层高硬度、高耐磨性和心部良好的强韧性的配合，渗碳件在神探后必须进行恰当的淬火和低温回火。中、高合金钢渗碳淬火后可能还要求进行冷处理。应用最多的淬火方法是渗碳后预热直接淬火，其次是一次淬火，较少采用二次淬火。

５．３．５．１直接淬火法 

工艺特点是渗碳零件在完成渗碳之后降温（由渗碳温度降至860℃）淬火，常用的淬火介质为L-AN15号油。该工艺的优点：渗碳表面不易发生脱碳和变形较小、工艺简单、生产周期短和节约零件重新加热淬火的能源。采用此工艺的必要条件：一是渗碳后奥氏体晶粒是细小的，一般为晶粒度在5~6级以上；二是渗碳层没有明显的网状或块状碳化物，否则渗碳淬火零件的脆性太大。

 

图4 直接淬火工艺示意图

５．３．５．２  一次淬火法  

其工艺特点是渗碳后的零件以较快的速度（防止渗层表面氧化脱碳和析出网状碳化物）冷却到Ar1以下或室温，然后重新加热到840℃左右，细化奥水体晶粒胡淬火，保证渗碳淬火件有好的韧性。此外，渗碳后要求进行半精加工或要求在压床上淬火或安装上工夹具以后淬火，以控制淬火变形的零件，也需采用此工艺。

渗碳淬火后的零件均应进行低温回火，回火温度一般为160-180℃、保温时间不少于1.5h。其目的是为了改善钢的强韧性和稳定零件的尺寸。

渗碳、淬火、低温回火后渗碳件的金相组织和硬度为：渗层组织为高碳回火马氏体+少量的残余奥氏体+少量细小分散的碳化物，硬度大于56HRC。心部组织取决于钢的淬透性和零件尺寸，钢的淬透性好或零件尺寸小，心部组织全部或主要是回火马氏体，其硬度为40HRC左右，否则心部组织中会有大量的自由铁素体，零件的强韧性较低。即经过渗碳淬火＋低温回火工艺后（一般渗碳件的工艺流程为：锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→精磨）的渗碳件组织为：表层组织——M回＋粒状碳化物＋少量AR（硬度为58～62HRC）；心部组织——低碳钢：P类+F,硬度为10～15HRC；低碳合金钢：低碳M回＋F,（硬度为35～45HRC具有较高强度和足够高的韧性）。

渗碳工艺按淬火的先后和温度的不同，所使用的范围也大有不同，大致可以分为7类，除一次加热淬火、直接淬火外，还有以下不同的几种热处理方法，下面就详细介绍各种方法的组织性能特点和使用范围.。

表六  各种淬火回火方法、特点及适用范围

５．３．６渗碳件的技术要求

渗碳件的技术要求包括渗碳层的碳浓度、浓度梯度、渗层的深度、渗层和心部的力学性能，通常只提出硬度要求、渗层和心部的金相组织等。

５．３．６．１　渗碳层的技术要求

5.3.6.1.1   渗碳表面的碳浓度

 渗层表面的质量分数一般为0.6%~1.0%范围内，以保证渗层的耐磨性和强度指标有较好的匹配。一般地说，渗碳层的含碳量越高，渗碳层的耐磨性越高，渗碳层的耐磨性越高，但是碳的质量分数超过0.6%以后，渗碳层含碳量的增加对其耐磨性的提高并不明显，相反，渗层的疲劳强度在碳的质量分数达到1.0%以后也会开始下降。当渗层的含碳量太高或出现网状或块状碳化物时渗碳零件的强度和韧性也会明显下降。对渗碳齿轮来说还容易发生渗碳层的疲劳脱落。

要求强韧性高的重载渗碳零件的渗碳层表层的碳浓度控制略微低一点，如碳的质量分数控制在0.7%-0.9%范围内。

5.3.6.1.2  渗碳层含碳量浓度梯度

有表向里的变化要平缓，以免出现过渡层的硬度突然下降的情况，使渗层过渡区容易出现疲劳裂纹并导致渗层的早期脱落。一般规定：渗碳层过渡区的厚度（宽度）应占渗碳层的1/3~2/3。

5.3.6.1.3  渗碳层的深度（宽度） 

渗碳层的深度要求主要取决于零件受力大小和性质，接触应力越大，要求渗碳层的深度越深。例如，轧钢机变速箱重载齿轮渗碳层深度有的高达3.5mm左右，而汽车、拖拉机变速箱齿轮渗碳层深度仅1.2mm左右，心部强度高的渗碳零件可以适当减薄渗碳层深度。在渗碳零件的设计中，通常以零件的壁厚或齿轮的模数按以下的公式计算渗碳层的深度，并依据零件受力计算结果和零件的使用经验作出必要的修正。

齿轮渗碳层深度和模数的计算公式为

   　　　　　 渗碳层深度（mm）=齿轮模数×（0.15～0.25）

其他渗碳零件渗碳层深度按零件壁厚计算，计算公式为

    　　　　　渗碳层深度（mm）=齿轮壁厚×（0.1～0.2）

通常厚壁零件选择系数的下限，而薄壁零件选择上限值。

5.3.6.1.4  渗碳零件的硬度要求  

  渗碳层的硬度要求通常为56～64HRC，，心部硬度要求在30～45HRC范围内。具体的硬度要求值与渗碳零件对韧度的要求、零件的结构尺寸和钢的淬透性有关。对韧性要求高的零件，宜选用较低的硬度值；钢的淬透性较低或零件尺寸大时，宜选用较低的硬度值。因为选择硬度高了达不到。

  重要的渗碳零件除了以上的要求以外，必须对渗碳零件、尤其是渗碳层的组织提出要求，例如不允许存在明显的碳化物组织或块状组织等。

５．３．６．2  渗碳零件的质量检测

   质量检测的内容通常包括：渗碳层的碳浓度和浓度梯度；渗碳层的厚度（深度）；渗碳层和心部的硬度及金相组织等。下表列出了渗碳淬火齿轮的检测项目、内容和要求。

                    表七齿轮的检测项目、内容和要求

５．３．７渗碳工艺中需注意的问题

渗碳工艺成本高于表面淬火，但渗碳零件的力学性能，如耐磨性、接触疲劳强度和强韧性明显高于表面淬火零件。因此，对以上性能要求高的重要零件，如汽车、拖拉机、船舶。轧钢机的变速箱齿轮，各种动力机的活塞销，以及重要轴承等均需要采用渗碳处理。

   多数渗碳零件制造工艺流程如下：锻造毛坯→毛坯热处理→机械加工→渗碳  淬火→低温回火→磨削。在此指出三点：一是要重视毛坯热处理质量对产品性能的影响。多数渗碳钢毛坯采用一次正火处理，但是对要求性能高，尤其是要求控制变形小的渗碳件，往往采用两次正火和机械加工后再进行一次消除加工应力的退火处理。二是要求在零件渗碳前认真清除零件表面的油污（因为化学热处理的基础是能发生相界面反应，而固相表面吸附气相活性物质的必要条件是其表面必须清洁。例如钢铁零件表面存在氧化铁或油污，就会阻止铁对渗碳气体中ＣＯ的吸附。所以，零件在化学热处理前必须认真清除其表面的铁锈和各种污物。）三要认真选择各种热处理工艺方法和工艺参数并严格控制，才能获得优质的渗钢零件。

6 齿轮化学热处理的后续处理

6.1 喷丸处理

    喷丸（shot penning）处理的作用主要是增加钢件表面残余应力以及除锈、除油、打光等，能够有效地提高钢件的疲劳极限。但由于打击力度大，喷丸对薄板工件的处理，容易使工件变形，且钢丸打击到工件表面（无论抛丸或喷丸）使金属基材产生变形，由于Fe3O4和Fe2O3没有塑性，破碎后剥离，而油膜与基材一同变形，所以对带有油污的工件，抛丸、喷丸无法彻底清除油污。在现有的工件表面处理方法中，清理效果最佳的还数喷砂清理。喷砂适用于工件表面要求较高的清理。

6.2 其他的表面热处理

  为了进一步提高齿轮诸如疲劳强度、抗胶合性能、抗腐蚀性能，减小摩擦系数等，可以对钢件进行磷化、发蓝、电化学浸镀等后续处理。例如，磷化处理可以

降低摩擦系数和在高载荷下防止擦面胶合。下面介绍一下几种化学表面处理的工艺流程。

6.2.1  磷化

   磷化的一般工艺流程经过：化学去油槽→热水槽→酸洗槽→冷水槽→发蓝槽（NaOH，NaNO2→变色）→冷水槽→中和槽→热水槽→磷化槽→冷水槽→皂化槽→浸油槽这十二个化学槽。

   磷化的作用：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。

6.2.2  非晶太强化镀膜

  非晶太强化镀膜一般经过：退镀槽（主要针对不合格品）→冷水槽→化学去油槽→热水槽→冷水槽→酸洗槽→冷水槽→电解去油槽→热水槽→冷水槽→酸洗槽→冷水槽→纯水槽→非晶态镀膜槽→冷水槽→钝化槽→回收槽→冷水槽→封孔槽共十九个化学槽。

6.2.3  镀Cr

  镀Cr一般经过：电解退镀→冷水槽→回收槽→镀硬Cr槽共四个化学槽。

6.2.4  镀Zn

  镀Zn一般经过：备用槽→电解去油槽→冷水槽→酸洗槽→冷水槽→镀Zn槽→冷水槽→钝化槽→回收槽→冷水槽→漂白槽（Na2S）→冷水槽→备用槽共十三个化学槽。

7  齿面加工

7.1 磨削加工
　　主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工，以进步尺寸精度和减小形位公差。
　　齿轮加工采用节圆夹具定位夹紧，能有效保证齿部与安装基准的加工精度，获得满足的产品质量。

7.2 修整
　　这是变速器、驱动桥齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理，以消除它们在装配后引起噪声异响。通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。制造公司生产的变速器中壳体零件有离合器壳、变速器壳和差速器壳。离合器壳、变速器壳是承重零件，一般采用压铸铝合金经专用模具压铸而成，外形不规则、较复杂，一般工艺流程是：铣结合面→加工工艺孔和连接孔→粗镗轴承孔→精镗轴承孔和定位销孔→清洗→泄漏试验检测。

 8  成品的检验和入库

8.1 成品齿轮的配对检验或最终检验

对于圆柱齿轮：按图纸要求检验其几何精度、接触区、噪声；对于圆锥齿轮：在滚动检验机上配对，检验接触区位置、大小和形状，并检验噪声，按配对齿轮打上标记，以便成对装配使用。

8.2包装入库

  已近检验合格的产品可以进行包装存入仓库。

9  总结

综上所述，齿轮的加工工艺流程为：材料的选取和准备（1，毛坯的准备—锻造，铸造；2，毛坯的处理——正火和退火）→齿轮毛坯的加工→齿形加工→齿面热处理→齿面加工→齿轮成品的检验。具体的工序及内容见下表：

表八  齿轮的加工工序及内容     

齿轮作为现代机械制造中一个重要的分支，在各个领域应用广泛，扮演着举足轻重的作用，因此对于齿轮的生产以及对齿轮各项性能的提高的研究有着极为重要的作用。齿轮的整个生产工艺流程中涉及到包括铸造、锻压、轧制、淬火、回火、退火、正火、渗碳以及表面化学处理等多种钢材的处理和加工方法，涵盖的知识面十分的广泛，因此，对于齿轮生产的研究必须得以扎实的知识为基础，只有做到熟悉并掌握该加工工艺流程中涉及到的各项知识，才能生产出符合要求的优质齿轮。

此次的生产实习虽然只有短短的一个多礼拜时间，但在老师和技工师傅们的细心讲解和全面监督下，在同学们相互讨论的过程中，自己收获很大。不仅进一步巩固了自己对诸如锻造、轧制、正火、回火、渗碳、淬火等专业知识的掌握和理解，同时也理解到了一些像磷化、渗Zn、渗Cr、渗Al等表面化学处理的相关知识。在各个车间的实习过程中不光基本掌握了各个车间的主要工种的生产工艺流程，更掌握了一些相关仪器的操作规范。在老师再三强调要“注意安全”的过程中，强化了我们的生产安全意识，懂得了只有安全生产、严格遵守厂纪厂规才能更好地去服务企业。

参考文献

[1] 薄鑫涛 、郭海洋、 袁凤松等，主编；中文图书实用热处理手册;上海科学技术出版社 2009

[2] 唐春华等,编著 ；金属表面磷化技术；化学工业出版社 2009版

[3] (日)内藤武志著 陈祝同, 刘惠臣译；渗碳淬火实用技术 ；机械工业出版社  1985-03-09

[4] 姚贵升编；渗碳钢的强度；机械工业出版社  1960-03-09

[5] 汪庆华编著；热处理工程师指南;机械工业出版社  20##-8-1

[6] 邵红红, 吴晶编著；热处理检验与质量控制；机械工业出版社 20##-7-1

[7] 汪庆华, 李书常等编著；热处理工艺问答；化学工业出版社  2011

[8]樊新民主编；热处理工实用技术手册.2版；江苏科学技术出版社 2010

[9] 徐天祥，樊新民主编;热处理工实用技术手册；江苏科学技术出版社 2001

[10] 毕凤琴, 张旭昀主编；热处理原理及工艺；石油工业出版社 2009

致 谢

感谢实习中各位技工的细心讲解和各位指导老师的用心指导，感谢七四一零军工厂校长给我们上了一堂深刻的就业指导课，在这次生产实习中我收获颇丰，在此再次表示衷心的感谢和崇高的敬意！