齒輪

簡(jiǎn)述齒輪加工工藝

齒輪，被公認(rèn)為是工業(yè)化的一種象征，齒輪制造水平直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。本文從齒輪制造在工業(yè)中重要意義出發(fā)，著重介紹了齒輪加工工藝、潤(rùn)滑技術(shù)的新發(fā)展情況，以及齒輪加工用潤(rùn)滑介質(zhì)的技術(shù)要求和選擇方法。

  眾所周知，齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中常見(jiàn)的一種機(jī)械傳動(dòng)，是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件。它與其他機(jī)械傳動(dòng)形式（鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等）傳動(dòng)相比，具有功率范圍大、傳動(dòng)、傳動(dòng)準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此，它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)部件，也是機(jī)器中所占比重大的傳動(dòng)形式。齒輪磨齒加工的優(yōu)點(diǎn)有哪些磨齒加工是用砂輪作為刀具來(lái)磨削已經(jīng)加工出的齒輪齒面，用以提高齒輪精度和表面光潔度，這種加工方法稱為“磨齒”。

  齒輪的設(shè)計(jì)與制造水平將直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，例如，在現(xiàn)代蓬勃的汽車工業(yè)中，通常每輛汽車中有18~30個(gè)齒部，齒輪的質(zhì)量直接影響汽車的噪聲、平穩(wěn)性及使用壽命。齒輪的加工技術(shù)和設(shè)備通常極大的影響了工業(yè)領(lǐng)域中所能達(dá)到的高制造水平，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)達(dá)的先進(jìn)如美國(guó)、德國(guó)和日本等也是齒輪加工技術(shù)和設(shè)備的制造強(qiáng)國(guó)。因此，齒輪在工業(yè)發(fā)展中的地位一直比較突出，被公認(rèn)為是工業(yè)化的一種象征。從這個(gè)角度來(lái)看，關(guān)注齒輪的先進(jìn)加工技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)具有極其重要意義。1、齒輪加工設(shè)備中插齒機(jī)心軸上的工件應(yīng)固定牢靠，同時(shí)加工多件工件的插齒時(shí)，各工件端面應(yīng)光滑平整接觸緊密，不準(zhǔn)存留切屑、棉紗在工件接觸面上。

     近年來(lái)，齒輪磨削加工的周期逐步縮小，齒輪磨削加工的成本也隨之大幅降。有些產(chǎn)業(yè)對(duì)齒輪質(zhì)量的要求很高，而有的產(chǎn)業(yè)需要實(shí)現(xiàn)特殊的齒形，所以要經(jīng)過(guò)磨削來(lái)完成。例如，重卡車工業(yè)、航空工程以及用于發(fā)電、變電的減速器工業(yè)，都依靠磨削去做精齒輪加工。所以，齒輪磨削占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)。以修整過(guò)的基準(zhǔn)面定位進(jìn)行齒形精加工，可以使定位準(zhǔn)確可靠，余量分布也比較均勻，以便達(dá)到精加工的目的。

     對(duì)于汽車工業(yè)的齒輪，我們可以將剃齒加工后熱處理造成的變形控制在幾個(gè)微米；另外，通過(guò)齒形和齒向的修正有助于補(bǔ)償變形。由于現(xiàn)代剃刀刃磨機(jī)的出現(xiàn)，如齒形、齒向兩個(gè)參數(shù)可快速簡(jiǎn)單修形；鋼淬火后內(nèi)應(yīng)力大，很脆，要進(jìn)行回火，以便消除應(yīng)力，增加韌性，調(diào)整強(qiáng)度。批量生產(chǎn)的時(shí)候，剃齒加工比磨削的好處多許多，相比較而言，剃齒既能保證品質(zhì)，價(jià)格又合理。

    近年來(lái)制造的剃刀還沒(méi)顯示出緩慢增產(chǎn)的兆頭。與此同時(shí)，齒輪磨削機(jī)床生產(chǎn)數(shù)量也在不斷上升。齒輪加工工藝的飛速發(fā)展，齒輪機(jī)床所的操作快速，齒輪磨輪也有了迅速發(fā)展。這主要表現(xiàn)在陶瓷磨具、CBN砂輪、電鍍磨輪等方面。使齒輪副的瞬時(shí)傳動(dòng)比變化小，以保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減少振動(dòng)、沖擊和噪聲。用上述磨具來(lái)進(jìn)行齒輪磨削加工，使加工周期縮短，所以齒輪磨削就發(fā)展起來(lái)。

    大齒輪的毛坯件主要是鍛件、棒料或鑄件，其中鍛件使用較多。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，按照大齒輪設(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，使大齒輪基本成型；塑料齒輪因其質(zhì)量輕、成本低、惰性好等優(yōu)點(diǎn)在很多領(lǐng)域已經(jīng)逐步替代了金屬齒輪。之后對(duì)大齒輪進(jìn)行熱處理，改善大齒輪的力學(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；然后對(duì)齒輪進(jìn)行精加工，精修基準(zhǔn)、精加工齒形。

    1、正火：鍛造毛坯之后部分工廠會(huì)選擇正火，也有公司選擇退火，正火和退火的目的都是為了使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化，去除材料的內(nèi)應(yīng)力，但由于正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細(xì)一些，其機(jī)械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來(lái)代替退火。采用等溫正火使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。齒輪的組成結(jié)構(gòu)一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓和分度圓。

    2、粗車加工：粗加工齒輪外圓，端面，可選擇普通車床和數(shù)控車床，由于粗車之后還有對(duì)工件進(jìn)行熱處理，所以一般會(huì)留有3-5毫米的余量，方便之后的精車加工到zhi定尺寸。

    3、精車加工：精加工齒輪外圓，端面，將尺寸加工到圖紙規(guī)定的尺寸要求，如后續(xù)還需要磨削，那么需留0.2-0.3毫米的余量，以方便磨削獲得更高的精度要求。

    4、調(diào)質(zhì)熱處理：由于大齒輪的工作條件不同，熱處理出來(lái)的表面硬度也不同，但大齒輪經(jīng)過(guò)淬火后的硬度一般都在HRC45以上，例如：汽車齒輪由于受力較大,受沖擊較頻繁的原因常采用20CrMnTi鋼作為齒輪材料，20CrMnTi鋼具有較高的力學(xué)性能，經(jīng)過(guò)淬火后表面硬度可達(dá)HRC58～62,心部硬度HRC30～45，以提高耐磨性和疲勞抗力。20CrNiH等可以采用滲碳淬火，如38CrMnAl則可以用氮化工藝達(dá)到較高的硬度，一些特殊的材料要用特殊的熱處理方法。

    5、制齒：常采用插齒機(jī)或者滾齒機(jī)加工齒面，雖然調(diào)整維護(hù)方便，但如果大批量生產(chǎn)就會(huì)出現(xiàn)效率低的問(wèn)題，之后隨著涂層技術(shù)的發(fā)展，滾刀、插刀刃磨后的再次涂鍍非常方便地進(jìn)行，經(jīng)過(guò)涂鍍的刀具能夠明顯地提高使用壽命，一般能提高百分之九十以上，有效地減少了換刀次數(shù)和刃磨時(shí)間，效益顯著。事實(shí)上，所有一級(jí)汽車齒輪供應(yīng)商為保持競(jìng)爭(zhēng)力，已普遍擁有磨齒機(jī)。

　　當(dāng)前齒輪行業(yè)存在的“三重三輕”現(xiàn)象已成為齒輪行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展、產(chǎn)品水平進(jìn)一步提高的阻力。

　　1、重技改輕研發(fā)。目前世界上一些主要的齒輪大型制造企業(yè)，利潤(rùn)雖然不高，但研發(fā)費(fèi)用始終保持一定額度，一般占銷售收入的3%，有的達(dá)到甚至超過(guò)5%。這些企業(yè)不追逐短期利潤(rùn)，而是更看重企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展，希望保持住在行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而這就需要不斷進(jìn)行產(chǎn)品與研發(fā)。反觀國(guó)內(nèi)企業(yè)，過(guò)分注重甚至依賴于技術(shù)改造，尤其是近年來(lái)行業(yè)內(nèi)掀起了一股技改熱潮，眾多企業(yè)紛紛投入巨資，購(gòu)買先進(jìn)設(shè)備?？梢哉f(shuō)，許多齒輪制造企業(yè)目前的硬件水平已經(jīng)達(dá)到水平，但是研發(fā)費(fèi)用的投入?yún)s遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。以陜西法士特為例，2006年的銷售收入達(dá)到25億元，但研發(fā)費(fèi)用所占的比例連1%都不到。這種齒輪生產(chǎn)的承載能力高，在齒輪精切之后進(jìn)行淬火、表面淬火或滲碳淬火，一般齒面硬度HRC45～65。尚且如此，小企業(yè)的狀況更可想而知。

　　2、重實(shí)用輕基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)齒輪企業(yè)通常是根據(jù)市場(chǎng)需求來(lái)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，哪些型號(hào)或品種的齒輪，企業(yè)就紛紛上馬哪些項(xiàng)目，產(chǎn)品雖具有一定的實(shí)用性，但在技術(shù)、性能上顯得較差，包括對(duì)其基礎(chǔ)理論的研究都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這就使產(chǎn)品的終壽命及其性能與國(guó)外產(chǎn)品的差距進(jìn)一步加大。齒輪精度等級(jí)的選擇，應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件、傳動(dòng)功率、圓周速度、性能指標(biāo)或其他技術(shù)要求來(lái)確定。

　　3、重眼前輕長(zhǎng)遠(yuǎn)。相當(dāng)多的齒輪生產(chǎn)企業(yè)目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)還不錯(cuò)，但如果就滿足于目前的狀況，可能很快就淪落為落后企業(yè)了。我國(guó)的齒輪產(chǎn)品在技術(shù)水準(zhǔn)和質(zhì)量上只有很少一部分接近或達(dá)到水平，大部分連國(guó)際二流水平都達(dá)不到,其中的主要原因之一就是自主設(shè)計(jì)能力弱。技術(shù)能力是未來(lái)評(píng)價(jià)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的標(biāo)準(zhǔn)之一，如果企業(yè)不重視研發(fā)，沒(méi)有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮與超前的產(chǎn)品儲(chǔ)備，根本無(wú)法跟上主機(jī)發(fā)展的步伐，現(xiàn)在進(jìn)步的企業(yè)有可能今后就是落后的企業(yè)，甚至?xí)惶蕴?。齒輪加工方式有很多，它們各有特點(diǎn)，而這種磨齒加工方式適用于精加工淬火后硬度較高的鋼料齒輪。