攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目 20CrMnTi钢制造汽车曲轴正时齿轮热处理工艺设计 学生姓名： 学 号： 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 指 导 教 师： 职称： 讲 师 2013年12月18日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目20CrMnTi钢制造汽车曲轴正时齿轮热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计20CrMnTi钢制汽车曲轴正时齿轮热处理生产工艺，主要目的：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。要求：（1）分析生产加工及热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（2）提交设计说明书（或设计报告），35千字，提交设计说明书。3、主要参考文献1 崔明择主编.工程材料及其热处理M. 北京：机械工业出版社，2009.7.2崔忠析主编.金属学与热处理（第二版）M. 北京：机械工业出版社，2007.53王建安. 金属学与热处理M. 北京：机械工业出版社，19804 中国机械工程学会.热处理工程手册M. 北京：机械工业出版社，2006.75 范逸明.简明金属热处理工手册M.北京：国防工业出版社，2006.34、课程设计工作进度计划第16周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第17周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日攀枝花学院本科课程设计（论文） 摘要摘 要 本课设计了20CrMnTi钢制造汽车曲轴正时齿轮热处理工艺设计。主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（完全退火）、渗碳、淬火+低温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。20CrMnTi钢其塑性、低温冲击韧性高，但强度、硬度较低，锻造、焊接和冷冲压性能良好，冷变形塑性高，但切削加工变形小。用于制造受力不大、韧性要求高的零件和渗碳件，紧固件和冲模锻件以及不经热处理的低负荷零件。 汽车曲轴齿轮是汽车中重要的传动部件。其将汽车发动机和汽车主轴联结起来，将动力和扭矩由电机传递到主轴，从而使主轴转动汽车轮。其主要作用是通过变速装置调节主轴转速和扭矩，从而使发动机运行在最佳的状态1。关键词：汽车曲轴正时齿轮、20CrMnTi钢、预备热处理、完全退火、低温回火+淬火。1攀枝花学院本科课程设计（论文） 目录目 录摘 要1、设计任务11.1设计任务11.2设计的技术要求12、热处理零件图23、设计方案23.1 汽车曲轴正时齿轮设计的分析23.1.1工作条件23.1.2失效形式23.1.3性能要求23.2钢种材料34、设计说明44.1加工工艺流程44.2具体热处理工艺44.2.1预备热处理工艺54.2.2渗碳工艺54.2.3淬火+低温回火热处理工艺64.2.4渗氮工艺65、分析与讨论86、结束语97、热处理工艺卡片108、汽车曲轴正时齿轮的热处理缺陷及预防或补救措施10参 考 文 献192攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 设计任务1 设计任务1.1设计任务20CrMnTi制造汽车曲轴正时齿轮热处理工艺设计1.2设计的技术要求 20CrMnTi钢是一种低碳钢材料，它的延展性、可塑性都是比较好的，由于它的含碳量低(在0.17-0.23%之间)所以，硬度比较低。因此，为满足其在制造汽车曲轴正时齿轮上的寿命要求，应提高其硬度。由于汽车曲轴齿轮是属于闭式齿轮，那么它的主要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。当采用软齿面（齿面硬度350HBS）时，其齿面接触疲劳强度相对较低。因此，一般应首先按齿面接触疲劳强度条件，计算齿轮的分度圆直径及其主要几何参数（如中心距、齿宽等），然后再对其轮齿的抗弯曲疲劳强度进行校核。当采用硬齿面（齿面硬度350HBS）时，则一般应首先按齿轮的抗弯曲疲劳强度条件，确定齿轮的模数及其主要几何参数，然后再校核其齿面接触疲劳强度2。 在对20CrMnTi钢进行热处理时，即去应力退火，淬火和高温回火时应严格按照卡片所列出的时间进行保温以及其它操作的要求。2 热处理零件图汽车曲轴正时齿轮零件图：3攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案3 设计方案3.1汽车曲轴正时齿轮设计的分析3.1.1工作条件由于是汽车曲轴正时齿轮，因此其工作强度很高并且环境恶劣，首先为密闭状态；其次为齿轮啮合，并且周围环境中充满这润滑液体。而且20CrMnTi钢的硬度不怎么高，虽然通过热处理改善其性能，但终究是有限的，因此在使用中需注意不要超过最大荷载，以免损伤齿轮。3.1.2失效形式主要失效形式为齿面点蚀和轮齿折断。齿面点蚀。齿轮传动过程中，齿轮接触面上各点的接触应力呈脉动循环变化，经过一段时间后，会由于接触面上金属的疲劳而形成细小的疲劳裂纹，裂纹的扩展造成金属剥落，形成点蚀。轮齿折断。最常见的是弯曲疲劳折断、过载折断。轮齿受力后,在齿根部产生的弯曲应力最大,且在齿根过渡圆角处有应力集中。如果轮齿的交变应力超过了材料的疲劳极限,在齿根圆角处将产生疲劳裂纹,随着裂纹不断扩展。3.1.3性能要求汽车曲轴正时齿轮疲劳耐久性试验。此项目考核齿轮的疲劳耐久性, 是曲轴齿轮试验的必做项目。试验时间长、试验效果明显是其主要特点。疲劳耐久性试验的加载方式是试验的关键, 一般采用机械封闭式齿轮加载试验台或电封闭式齿轮加载试验台。汽车曲轴正时齿轮同步器性能试验。该项目适用于通过在一定油温、一定输出转速下测量齿轮转速、输出扭矩, 分析整理得到汽车曲轴齿轮的各个力学性能，试验后汽车曲轴正时齿轮无损伤。汽车曲轴正时齿轮静扭强度试验。将曲轴齿轮安装在试验台上, 固定其输出端, 利用减速机带动输入端慢慢运转, 同时记录曲轴齿轮输入端扭矩、输出端扭矩、输入轴扭转角度, 直到达到某设定扭矩或直到齿轮损坏而停止加载。分析记录数据的变化规律, 判断曲轴齿轮的静态扭转强度性能。此项目试验时间短, 直接反映曲轴齿轮的静态强度性能。汽车曲轴正时齿轮润滑性能和温升试验。测量汽车曲轴正时齿轮在不同的爬坡角度、不同的4攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案转速下空载温度升高规律。由于是空载下运行, 汽车发动机输入功率小、消耗功率少, 运转时间不长, 故不损坏曲轴齿轮。虽然试验成本低, 但汽车曲轴正时齿轮设计上的缺陷、制造过程中的多种故障都能从温升中反映出来, 故在试验及日常质量评价试验中得到普遍应用。 20CrMnTi钢其塑性、韧性高，但强度、硬度较低，锻造、焊接和冷冲压性能良好，冷变形塑性高，但切削加变形小。用于制造受力大、韧性要求高的零件和渗碳件，紧固件和冲模锻件以及不经热处理的低负荷零件。20CrMnTi钢力学性能：抗拉强度 b (MPa)：1085，屈服强度 s (MPa)：850，伸长率 5/（%）：10，断面收缩率 /（%）：45。3.2钢种材料20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢，其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，加工变微小，抗疲劳