齒輪加工制造過程

1、齒輪加工制造過程引言齒輪是機(jī)械傳動(dòng)裝置中的重要組成部分,主要傳遞力矩,承受彎曲和沖擊等載荷。為了確保傳動(dòng)系統(tǒng)的壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，齒輪需具有以下幾個(gè)要求：1.具有較硬的表面層，能夠抵抗運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的磨損；2.對(duì)于承受交變載荷和沖擊載荷的齒輪，基體需有足夠的抗彎曲強(qiáng)度和韌性，以免發(fā)生變形或斷裂；3.需要有良好的工藝性，既要易于切削加工又具有良好的熱處理性能。齒輪制造技術(shù)是獲得優(yōu)質(zhì)質(zhì)齒輪的關(guān)鍵。齒輪加工的工藝，因齒輪結(jié)構(gòu)形狀、精度等級(jí)、生產(chǎn)條件可采用不同的方案，概括起來有齒坯加工、齒形加工、熱處理和熱處理后精加工四個(gè)階段。齒坯加工必須保證加工基準(zhǔn)面精度。熱處理直接決定輪齒的內(nèi)在質(zhì)量，齒形加工和熱處理后

2、的精加工是制造的關(guān)鍵，也反映著齒輪制造的水平。一、齒輪加工方法目前齒輪的加工工藝過程包括以下過程：齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝及齒面的精加工。齒輪的毛坯件主要是鍛件、棒料或鑄件，其中鍛件使用最多。對(duì)毛坯件首先進(jìn)行正火處理，改善其切削加工型，便于切削；然后進(jìn)行粗加工，按照齒輪設(shè)計(jì)要求，先將毛坯加工成大致形狀，保留較多余量；再進(jìn)行半精加工，車、滾、插齒，使齒輪基本成型；之后對(duì)齒輪進(jìn)行熱處理，改善齒輪的力學(xué)性能，按照使用要求和所用材料的不同，有調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻感應(yīng)加熱淬火等；最后對(duì)齒輪進(jìn)行精加工，精修基準(zhǔn)、精加工齒形。（一）、齒輪毛坯加工齒輪的毛坯加工在整個(gè)齒輪加工過程中占有很重要的地

3、位。齒面加工和檢測(cè)所用的基準(zhǔn)必須在齒輪毛坯加工階段加工出來，同時(shí)齒坯加工所占工時(shí)比例較大，對(duì)生產(chǎn)效率和齒輪加工質(zhì)量都具有很大影響，余量過多將導(dǎo)致后續(xù)半精加工和精加工所需加工的量增多，耗時(shí)增加，降低生產(chǎn)效率；若余量過少，則后續(xù)加工需特別謹(jǐn)慎，否則將超出齒輪設(shè)計(jì)精度尺寸使得產(chǎn)品不合格。因此需要對(duì)齒輪毛坯加工階段予以特別重視。（二）、齒面加工針對(duì)齒面加工的方法很多，主要有滾齒、插齒、剃齒、磨齒、銑齒、刨齒、梳齒、擠齒、研齒和珩齒等，其中使用最多的是前四種方法：滾齒、插齒、剃齒和磨齒。1、滾齒滾切齒輪屬于展成法，可將看作無嚙合間隙的齒輪與齒條傳動(dòng)。當(dāng)滾齒旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，相當(dāng)于齒條在法向移動(dòng)一個(gè)刀齒，滾刀的

4、連續(xù)傳動(dòng)，猶如一根無限長(zhǎng)的齒條在連續(xù)移動(dòng)。當(dāng)滾刀與滾齒坯間嚴(yán)格按照齒輪于齒條的傳動(dòng)比強(qiáng)制嚙合傳動(dòng)時(shí)，滾刀刀齒在一系列位置上的包絡(luò)線就形成了工件的漸開線齒形。隨著滾刀的垂直進(jìn)給，即可滾切出所需的齒廓。滾齒是目前應(yīng)用最廣的切齒方法，可加工漸開線齒輪、圓弧齒輪、擺線齒輪、鏈輪、棘輪、蝸輪和包絡(luò)蝸桿，精度一般可達(dá)到DIN47級(jí)。目前滾齒的先進(jìn)技術(shù)有：(a)多頭滾刀滾齒；(b)硬齒面滾齒技術(shù)；(c)大型齒輪滾齒技術(shù)；(d)高速滾齒技術(shù)。圖1 滾齒2、插齒插齒特別適合于加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪。采用特殊刀具和附件后，還可加工無聲鏈輪、棘輪、內(nèi)外花鍵、齒形皮帶輪、扇形齒輪、非完整齒齒輪、特殊齒形結(jié)合子、齒條、端

5、面齒輪和錐度齒輪等。目前先進(jìn)插齒技術(shù)有：(a)多刀頭插齒技術(shù)；(b)微機(jī)數(shù)控插齒機(jī)；(c)硬齒面齒輪插削技術(shù)。圖2 插齒3、剃齒剃齒加工是根據(jù)一對(duì)螺旋角不等的螺旋齒輪嚙合的原理，剃齒刀與被切齒輪的軸線空間交叉一個(gè)角度，它們的嚙合為無側(cè)隙雙面嚙合的自由展成運(yùn)動(dòng)。剃齒是一種高效齒輪精加工方法，和磨齒相比，剃齒具有效率高、成本低、齒面無燒傷和裂紋等優(yōu)點(diǎn)。所以在成批生產(chǎn)的汽車、拖拉機(jī)和機(jī)床等齒輪加工中，得到廣泛應(yīng)用。對(duì)角剃齒法和徑向剃齒法還可用于帶臺(tái)肩齒輪的精加工。圖3 剃齒4、磨齒磨齒是獲得高精度齒輪最有效和可靠的方法。發(fā)達(dá)國家都用硬齒面齒輪，磨齒成為高精度齒輪的主要加工方法。目前碟形砂輪和大平面砂

6、輪磨齒精度可達(dá)DIN2級(jí)，但效率很低。蝸桿砂輪磨齒精度達(dá)DIN34級(jí)，效率高，適用于中、小模數(shù)齒輪磨齒，但砂輪修正較為復(fù)雜。磨齒的主要問題是效率低、成本高，尤其是大尺寸的齒輪。所以提高磨齒效率，降低費(fèi)用是當(dāng)前的主要研究方向。近年來磨齒方面的新技術(shù)有：(a)雙面磨削法；(b)立方氮化硼砂輪高效磨齒；(c)連續(xù)成型磨齒技術(shù)和超高速磨削技術(shù)。圖4 成形砂輪磨齒5、銑齒銑齒屬成形法加工齒輪，刀具的截形與被加工齒輪的齒槽形狀相同，刀具沿齒輪的齒槽方向進(jìn)給，一個(gè)齒槽銑完，被加工齒輪分度后，再銑第二個(gè)齒槽，齒輪的齒節(jié)距由分度控制。由于齒輪的齒槽形狀與齒輪的齒數(shù)、修正量、甚至齒厚公差有關(guān)，成形法銑齒難于實(shí)現(xiàn)刀

7、具齒形與被加工齒輪齒槽都相同，實(shí)際上銑齒大都是近似齒形。大模數(shù)的齒輪，銑齒生產(chǎn)效率較高，銑齒廣泛用于粗切齒。圖5 盤狀銑刀銑齒和指狀銑刀銑齒6、刨齒刨齒一般是用刨齒刀加工直齒圓柱齒輪、錐齒輪或齒條等的齒面。刨刀有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：一是刨刀的直線切削往復(fù)運(yùn)動(dòng)；二是刨刀隨搖臺(tái)的平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具與被加工錐齒輪的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，相當(dāng)于一個(gè)平頂或平面齒輪的齒與被加工錐齒輪的嚙合。刀具展成切齒循環(huán)一次，加工出一個(gè)齒，被加工錐齒輪分度后，加工第二個(gè)齒。圖6 刨齒7、梳齒梳齒是用齒條刀插削圓柱齒輪。特點(diǎn)是加工精度高，可達(dá)DIN5級(jí)。由于刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造刃磨方便，精度高、刃磨次數(shù)多，便于采用硬質(zhì)合金刀片和立方氮化硼刀片加

8、工淬硬齒輪。圖7 梳齒綜合齒輪齒形的加工方法，匯總成表1。表1 齒輪齒形的常用切削方法加工方法刀具機(jī)床加工精度及適應(yīng)范圍仿形法成形銑盤形銑刀銑床加工精度和生產(chǎn)效率都較低指形銑刀滾齒機(jī)或銑床同上，是大型無槽認(rèn)字齒輪的只要加工方法拉齒齒輪拉刀拉床加工精度和生產(chǎn)率較高，拉刀專用，適用于大批生產(chǎn)，尤其是內(nèi)齒輪加工展成法滾齒齒輪滾刀滾齒機(jī)加工精度610級(jí)，Ra6.3Ra3.2常用于加工直齒輪、斜齒輪及蝸輪插齒和刨齒插齒刀刨齒刀插齒機(jī)刨齒機(jī)加工精度79級(jí)，Ra6.3Ra3.2適用于加工內(nèi)外嚙合的圓柱齒輪，雙聯(lián)齒輪、三聯(lián)齒輪，齒條和錐齒輪等剃齒剃齒刀剃齒機(jī)加工精度67級(jí)，常用于滾齒、插齒后，淬火前的精加工珩

9、齒珩磨輪珩齒機(jī)剃齒機(jī)加工精度67級(jí)，常用于剃齒后或高頻淬火后的齒形精加工磨齒砂輪磨齒機(jī)加工精度36級(jí)，Ra1.6Ra0.8，常用于齒輪淬火后的精加工 （三）、熱處理工藝齒輪的熱處理是齒輪加工制造過程中必須也是重要的步驟，熱處理工藝的好壞將直接影響到齒輪的強(qiáng)度、精度、噪聲和壽命。表2為齒輪的常用熱處理及化學(xué)熱處理工藝。表2 齒輪的常用熱處理及化學(xué)熱處理工藝名稱處理概況使用目的退火將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（1）消除前道工序所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；（2）提高塑性和韌性；（3）細(xì)化晶粒，均勻組織，提高鋼的力學(xué)性能；（4）為以后熱處理作準(zhǔn)備淬火將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間，在冷卻劑

10、（1）提高硬度和強(qiáng)度（2）提高耐磨性表面淬火用火焰或高頻電流將剛健表面迅速加熱到臨界溫度以上，快速冷卻零件表面具有較高的硬度，而心部保持原有的韌性和塑性，使齒輪既能具有一定耐磨性又能承受一定的沖擊載荷滲碳淬火在滲碳劑中加熱至900950，保持一定時(shí)間，然后淬火及回火（1）提高零件表面的硬度和耐磨性；（2）提高材料的疲勞極限強(qiáng)度；（3）輪齒體心有一定韌性調(diào)質(zhì)淬火后，在450650作高溫回火完全消除內(nèi)應(yīng)力，獲得較高的綜合機(jī)械性能正火將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間，從爐中取出并空冷（1）細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性；（2）對(duì)機(jī)械性能要求不高的零件，常用正火作為最終處理；（3）改善低碳鋼的切削性能；

11、（4）含碳鋼小于0.5%的鋼件，常用正火代替退火氮化向鋼件表面滲入氮原子的過程提高輪齒表面的硬度、哎模型、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性氰化向鋼件表面同時(shí)滲入碳和氮原子的過程提高齒輪表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性（四）、精加工目前工業(yè)應(yīng)用的齒輪精加工方式主要是剃齒、磨齒、擠齒、研齒和珩齒。剃齒是在剃齒機(jī)上用剃齒刀剃齒，是齒輪精加工的一種方法，剃齒刀相當(dāng)于齒面上開了很多刃的斜齒輪。它帶動(dòng)被加工齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如同交錯(cuò)軸齒輪嚙合，靠齒面上的相對(duì)滑動(dòng)，剃齒刀切去齒面上很薄的一層金屬，完成齒輪的精加工，剃齒機(jī)溜板的調(diào)整保證齒輪的齒向加工正確。剃齒精度受剃前齒加工的精度限制。剃齒生產(chǎn)效率較高，適用于滾齒、插齒后的軟齒面精加工。磨齒則是用砂輪對(duì)齒面進(jìn)行磨削，磨齒可以磨削齒面淬硬的齒輪，消除熱處理變形，提高齒輪精度。磨齒根據(jù)使用的砂輪不同，又分為：（1）錐形砂輪磨齒；（2）蝶形砂輪磨齒；（3）大平面砂輪