[发明专利]大功率采煤机末级传动齿轮的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮的制造方法，特别是大功率采煤机末级传动齿轮的制造方法，属于金属材料加工技术领域。

背景技术

装机总功率在1500KW以上的大功率采煤机，其传动件的设计、材料选择和制造工艺都是机械制造行业最高级别的。齿轮是机械设备中关键零件，要求齿轮既有优良的耐磨性，又要具备高的抗接触疲劳和弯曲疲劳性能。齿轮质量的好坏，在很大程度上取决于齿轮材料及其加工方式。现有技术中以电炉钢为原材料进行锻造，然后进行加工前热处理、齿轮加工以及热处理，最后喷丸得到齿轮成品。这样生产的齿轮零件在中小功率采煤机上能基本满足工况需求。但是由于大功率采煤机可靠性要求的提高，对齿轮零件的性能也有更高的要求，原来的生产加工方式无法满足这种要求，主要体现在一下两点：

原材料由于合金成分比较多(特别是提高淬透性合金元素Cr、Ni、W的存在)使得该材料的淬透性很好。在空冷条件下，也能得到M组织，再加上含碳量比较高，在渗碳淬火后的芯部硬度很高，大部分在44HRC以上，韧性指标明显下降，导致齿轮在使用过程中提前失效，最终以开裂、断裂齿而告终。

原制造工艺采用普通的电炉钢，致密度、均匀度、纯净度都不高，非金属夹杂物不可避免地以一定数量、一定分布形式存在着，一般刚材中的偏析和疏松不可避免地存在着，从而导致材料的力学性能的下降。

另外齿轮在齿部成型加工时，用线切割作为最终成型加工。线切割对高淬透性含镍和钨的材料性所产生的危害是巨大的。一方面材料表面产生显微裂纹，另一方面材料将产生抗应力。齿轮在交变载荷的作用下，其表面微观不平，凹凸处和表面缺陷处以及清晰可见的线切割沟痕处极易引起应力集中而产生疲劳裂纹或显微裂纹的扩展，造成零件的疲劳破坏。

在热处理加工方面，由于受传统工艺的影响，表面碳浓度偏高，由此造成金相组织不是太理想，特别是碳化物的级别都在2～3级，有时甚至达到4级。随着碳化物级别的升高，疲劳强度将下降。齿轮失效分析时，常是疲劳裂纹发生在碳化物聚集的晶界上。从碳化物级别与疲劳循环次数间的关系，可以清楚地看到，当碳化物级别超过2级时，疲劳循环周次开始下降，碳化物超过3级甚至4级时，疲劳循环周次开始有明显下降趋势。由于碳化物级别的增大，齿面接触疲劳和弯曲疲劳呈下降趋势，齿面剥落、开裂、断裂明显增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高齿轮零件疲劳强度，改善力学性能提高使用寿命的大功率采煤机末级传动齿轮的制造方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是这样的：一种大功率采煤机末级传动齿轮的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将原材料按如下质量百分比组分配料C：0.12～0.15％、Cr：1.35～1.45％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.30～0.50％、W：0.85～1.00％、Ni：4.05～4.40％、P：0～0.015％、S：0～0.010％，其余为Fe，对入炉原辅材料的浇注系统进行充分干燥、清洁，将选择的原材料进行真空脱气精炼，而后进行电渣熔铸得到钢锭；

步骤二：将钢锭锻造成齿轮坯料，锻造比＞3；

步骤三：对齿轮坯料进行机械粗加工后进行预先热处理工艺，所述预先热处理工艺包括正火工艺和回火工艺，所述正火工艺为将齿轮坯料加热至930～960℃保温4～7小时后空冷，所述回火工艺为将齿轮坯料加热至660～690℃保温4.5～7.5小时后空冷；

步骤四：对预先热处理后齿轮坯料进行机械加工，机械加工包括对齿轮坯料进行粗加工、精加工以及电火花加工；

步骤五：对机械加工后的齿轮坯料进行线切割成型加工并留有一定余量，而后对其精铣加工至技术要求尺寸；

步骤六：对精铣加工后的齿轮进行后续热处理，所述后续热处理为将齿轮加热至910～940℃渗碳保温80～140小时，随炉冷却至850～900℃后出炉空冷，然后进行回火，所述回火为将齿轮加热至650～680℃保温4～7小时后空冷，再进行淬火，所述淬火为将齿轮加热至765～830℃保温180～240分钟后淬火油冷至室温，又经过-70±1℃冷处理2～5小时，最后加热至200～280℃出炉空冷至室温；

步骤七：对齿轮进行强化喷丸处理得到齿轮成品。

为了消除步骤四中机械加工时齿轮坯料内部产生的切削应力，防止坯料变形或开裂，所述步骤五中进行线切割成型加工前，对齿轮坯料进行第一次消应力回火，所述第一次消应力回火是加热至600～650℃保温4～6小时后空冷。