Редукторы выпускают для большого количества изделий, вал-шестерни являются типовыми деталями для различных редукторов [1–7]. К вал-шестерням предъявляют требования по точности, шероховатости и для эвольвентных профилей обязательно требование по твердости и глубине упрочнения. Обеспечить два последних требования можно различными методами, например: термической обработкой (ТВЧ, лазерная закалка, электромеханическая обработка), химико-термической обработкой (азотирование, цементация). Для производителей редукторов часто стоит задача по выбору рационального метода повышения эксплуатационного показателя (износостойкости) для эвольвентного профиля [2]. Поэтому необходимо провести анализ существующих методов и составить рекомендации по выбору метода упрочнения в зависимости от твердости и глубины.
Цель работы — разработать методику выбора методов упрочнения эвольвентного профиля вала-шестерни, включающая взаимосвязь методов (режимов), параметрами качества поверхности и эксплуатационными показателями.
Закалка ТВЧ — это поверхностная закалка с индукционным нагревом. Её принцип основан на разогреве поверхностного слоя металла до закалочной температуры (обычно 850-950°C) с помощью вихревых токов, которые возникают в детали под действием переменного электромагнитного поля от индуктора.
Твердость поверхности зависит строго от марки стали:
• Сталь 40, 45, 40Х 5–55 HRC (500– 600 HV).
• Сталь 40ХН, 35ХМ, 30ХГС 52–58 HRC (550–650 HV).
• Чугуны (СЧ, ВЧ) 45–55 HRC.
Эффективная глубина закаленного слоя (с твердостью на 10 HRC выше сердцевины): высокая частота (100–500 кГц) — 0,8– 2,0 мм (для m = 2–4 мм), средняя частота (2–10 кГц) — 2,0–5,0 мм. Наиболее распространенный диапазон для зубчатых колес (m = 4–8 мм).
Электромеханическая обработка. Это передовой гибридный метод, сочетающий силовое воздействие (механическое давление) с пропусканием через зону обработки электрического тока высокой плотности [4].
Твердость поверхности: