行星齿轮的防腐耐磨表面工程课程设计

行星齿轮的表面耐磨防腐工艺设计

1 行星齿轮服役条件分析

对于汽车减速器部的行星齿轮（如图1，图2）来说，一般都是在较低的载荷下工作，齿轮在传递动力及改变速度的过程中，周期的收到弯曲应力和接触应力以及摩擦力的作用。齿面与齿根在上述应力的作用下导致失效，会出现齿面磨损，主要是咬合齿面相对滑动时相互摩擦的结果，其类型主要有氧化磨损，胶合磨损和磨粒磨损。还会出现较为严重的齿轮折断，大多数情况下是在交变弯曲应力作用下齿根产生疲劳破坏的结果，也可能是超载脆性折断。

图1 汽车减速器部行星齿轮

图2 行星齿轮的设计图

2 行星齿轮所需性能

行星齿轮作为机械传动系统的关键部件，直接影响汽车的传动装置，齿轮性能的好坏直接影响着传动系统的使用寿命。因此，对其运行过程中的要求越来越高，对于高速重载齿轮来说，要求就更高，不但要求齿轮表面要有较高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度以及较好的心部韧性，以及较好的耐腐蚀性。通过服役条件的分析综合考虑行星齿轮应具备如下性能：1、耐腐蚀性强2、耐磨性好3、表面硬度高4、耐高温。

行星齿轮所用材料一般选用20CrMnTi，需要经过正确的热处理才能保证其心部的强度韧性，本次工艺设计主要针对的是行星齿轮的表面耐磨防腐性能。

3 工艺选择与设计

目前，行星齿轮的表面处理工艺主要有化学镀镍和电镀镍。

3．1化学镀镍与电镀镍的优缺点

（1）电镀镍

电镀镍是将零件浸入镍盐的溶液中作为阴极，金属镍板作为阳极，接通直流电源后，在零件上就会沉积出金属镍镀层。

电镀镍的优点是镀层结晶细致，平滑光亮，应力较小，与瓷金属化层结合力

强。

电镀镍的缺点是：

①受金属化瓷件表面的清洁和镀液纯净程度的影响大，造成电镀后金属化瓷件的缺陷较多，例如起皮，起泡，麻点，黑点等；

②极易受电镀挂具和在镀缸中位置不同的影响，造成均镀能力差，此外金属化瓷件之间的相互遮挡也会造成瓷件表面有阴阳面的现象；

③对于形状复杂或有细小的深孔或盲孔的瓷件不能获得较好的电镀表面；

④需要用镍丝捆绑金属化瓷件，对于形状复杂、尺寸较小、数量多的生产情况下，需耗费大量的人力。

（2）化学镀镍

化学镀镍是一种不加外在电流的情况下，利用还原剂在活化零件表面上自催化还原沉积得到镍层，当镍层沉积到活化的零件表面后由于镍具有自催化能力，所以该过程将自动进行下去。一般化学镀镍得到的为合金镀层，常见的是Ni-P合金和Ni-B合金。

化学镀镍的优点是不需要电流电源设备，厚度均匀致密，针孔少，均镀性好，仿真能力强，能在复杂零件表面沉积，深镀能力强，抗蚀性能好，镀镍的速度快，镀层厚度可达10～50,um，镀层在烧氢后无起皮、镍泡等缺陷。

化学镀镍的缺点是

①镀层为非晶态的层状结构，虽然进行热处理后，镀层结晶化，其层状结构逐渐消失，但是对瓷一金属封接件的抗拉强度有所降低；

②镀液的成本高，寿命短，耗能大；

③镀液对杂质敏感，需经常处理，因而使工艺的可操作性变的相对复杂

我此次的工艺设计就是针对高质量的行星齿轮所设计，因此综合考虑到行星齿轮的性能需求以及针对产品对其防腐性能和耐磨性能的高要求，选择了化学镀镍工艺。化学镀镍相对于电镀有如下优势：

1）镀层厚度非常均匀，无明显的边缘效应，镀层的表面光洁平整、美观。

2）镀层致密，镀层针孔少甚至无孔，耐蚀性远高于电镀镍，表层硬度高，耐磨性好。

3）工艺设备简单，不需整理电源、输电系统及辅助电板，操作时只需把镀件正确悬挂在镀液中即可。

另外，对于化学镀镍，镀液消耗高，成本高，寿命短，耗能大的缺点，由于对镀层质量的高要求，所以这个缺点是可以接受的。

4 工艺流程

毛坯检查→上挂具→化学除油→冷水洗→除锈活化→冷水洗→热水预热→化学镀镍磷合金→冷水洗→吹干→下挂具→热处理→检测

5 各工序的作用、配方及工艺参数分析

5.1 毛坯检查

齿轮的化学镀质量和耐蚀性与毛坯的表面状态有直接的关系。铸造、热处理和机械加工过程中的不良操作会使行星齿轮毛坯产生疏松、孔隙、开裂等缺陷，不仅影响电镀的质量，而且降低了材料的耐蚀性。毛坯检查可提前发现工件表面上的缺陷，并对一些表面轻微瑕疵在下一步的研磨抛光中进行修补，提高镀层质量。若缺陷较严重，则难以弥补，导致报废。

5.2 上挂具

化学镀镍加工工序中，每个工件最好都成独立体挂入溶液中，这样能使工件能均匀的浸泡在镀液中，上挂具（如图3）的工作对保证镀件质量、提高生产效率、节约成本等方面能起到积极的作用。具体要求如下：

（1）挂具应清洁、完好。当发现挂具钝化层有破损时，应立即将其拣出，然后进行修补或换新。

（2）挂具进槽时的速度应适当放慢，；出槽时，工件应在槽边搁置片刻，使兜带的溶液流回槽中，以减少溶液带出损失，减轻对下一道工序溶液的污染。

图3 挂具栏

5.3化学除油

5.3.1 金属表面除油

金属表面除油是表面工程中的预处理，它是各种预处理工序中最重要而又最关键的一道工序。除油是否彻底不但影响到下一个工序的操作，而且影响整个产品的质量和寿命。

钢铁制件常用表面除油工艺包括有有机溶剂除油、化学除油和电化学除油、物理-化学法除油以及滚筒除油、超声波除油和手工除油等。

5.3.2 工艺选择

除油方法可分为有机溶剂除油、化学除油。

有机溶剂除油的特点是除油速度快，不腐蚀金属，但除油不彻底，需用化学法或电化学方法进行补充除油，常用的有机溶剂有：汽油、煤油、苯类、酮类、某些氯化烷烃及烯烃。有机溶剂除油还有一个优点即经除油后的溶剂还可回收再利用。有机溶剂一般属易燃品，使用时要格外小心。

化学除油是利用碱溶液的皂化作用和表面活性物质对非皂化性油脂的乳化作用，除去工件表面上的各种油污的。化学除油的温度通常取在60-80度之间，工件除油效果一般为目测，即工件表面能完全被水润湿就是油污完全除尽的标志。