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毛坯铸件热处理工艺改进

2017-02-07 16:40:50
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  大型齿轮是一种在矿山机械、汽轮机、发电机等大型设备中重要的机械传动零件,其低直接影响着相关产品的性能水平。大型齿轮毛坯经模锻成形,因其组织致密均匀,流线连续,尺寸,易于锻合材料内部缺陷和破碎树枝状组织等优越性而广泛应用,逐渐取代粗大的自由锻件和强度不高的铸件。但在锻造过程中主要存在着:成形力过大、充型不饱满和模具寿命低的缺陷。这是由于齿轮毛坯与模具的接触面积大,冷却快,坯料在向模具型腔填充时所受的摩擦力过大所致。因此,如何减小坯料与模具的接触面积,控制毛坯的冷却速率,降低成形力是大型齿轮锻造急需解决的难题。本文借助有限元模拟技术,从减小成形力和填充不饱满两个方面,对原有工艺进行改进,提出了分流减压原理和模具型腔不对称设计的大型齿轮锻造工艺。目的在于使金属均匀流动,减小变形应力,该新工艺为实际生产提供理论依据。为增加大型齿轮毛坯的淬透层,采用高淬透性材料—改进型42CrMo4V(即在欧标42GrMo4V的基础上调整Mn,Cr等元素的含量,并降低P,S等元素含量,具体化学成分),同时为了细化晶粒和防止开裂变形,采用正火+分级淬火的热处理工艺。通过金相组织分析和淬透性实验,验证了该热处理工艺的可行性。
  原有工艺中,齿轮毛坯锻完后自_接空冷到室温,然后粗车调质。此工艺存在以下缺陷:晶粒粗大、硬度不均匀和精车后表而淬透层不够。若在锻后增加正火工序,可以起到细化晶粒,网状碳化物,改养切削加工性能的作用。Mn , Cr元素含量的增加可以提高材料的淬透性,但同时也增大了淬火开裂的可能性,因此采用分级淬火的工艺可减小冷却时的组织应力和热应力,防止工件开裂变形。
  (1)合理设计分流减压槽,可以使齿轮毛坯轮毅、轮辐、轮缘台阶过渡处同时充填饱满;成形力较原先工艺可大幅下降约3000,属典型的“小设备干大活”。
  (2)通过分析齿轮毛坯锻造过程中的金属流动规律,为选择锻造工艺提供理论依据。采用上、下模具不对称设计,可获得均匀的金属流动,从而减小毛坯内的变形应力分布不均匀的现象,为以后的热处理奠定基础。
  (3)针对改进型42G rMo4 V淬透性好的特点,制定分级淬火的工艺避免毛坯开裂变形。同时,金相分析显示:该材料经过正火+调质的热处理工艺,晶粒度可达到7级,非金属夹杂等级也非常高。
  (4)借助Deform-3D有限元软件模拟可减少实际的试模次数,节约成本,模拟结果与实际生产基本吻合,因此,其对锻造工艺方案的改进及模具设计具有的指导意义。
 


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