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齿轮制造技术是获得优质齿轮的关键,齿轮加工制造工艺你都知道多少?

   日期:2018-09-13 21:21     来源:齿轮传动    
核心提示:齿轮是机械传动装置中的重要组成部分,主要传递力矩,承受弯曲和冲击等载荷。为了确保传动系统的寿命和运转稳定性,齿轮需具有以下
齿轮是机械传动装置中的重要组成部分,主要传递力矩,承受弯曲和冲击等载荷。为了确保传动系统的寿命和运转稳定性,齿轮需具有以下几个要求:
1.具有较硬的表面层,能够抵抗运转过程中的磨损;
2.对于承受交变载荷和冲击载荷的齿轮,基体需有足够的抗弯曲强度和韧性,以免发生变形或断裂;
3.需要有良好的工艺性,既要易于切削加工又具有良好的热处理性能。
齿轮制造技术是获得优质齿轮的关键。齿轮加工的工艺,因齿轮结构形状、精度等级、生产条件可采用不同的方案,概括起来有齿坯加工、齿形加工、热处理和热处理后精加工四个阶段。齿坯加工必须保证加工基准面精度。热处理直接决定齿轮的内在质量,齿形加工和热处理后的精加工是制造的关键,也反映着齿轮制造的水平。

齿轮加工方法

目前齿轮的加工工艺过程包括以下过程:齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的精加工。齿轮的毛坯件主要是锻件、棒料或铸件,其中锻件使用最多。对毛坯件首先进行正火处理,改善其切削加工型,便于切削;然后进行粗加工,按照齿轮设计要求,先将毛坯加工成大致形状,保留较多余量;再进行半精加工,车、滚、插齿,使齿轮基本成型;之后对齿轮进行热处理,改善齿轮的力学性能,按照使用要求和所用材料的不同,有调质、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等;最后对齿轮进行精加工,精修基准、精加工齿形。

(一)齿轮毛坯加工
齿轮的毛坯加工在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。齿面加工和检测所用的基准必须在齿轮毛坯加工阶段加工出来,同时齿坯加工所占工时比例较大,对生产效率和齿轮加工质量都具有很大影响,余量过多将导致后续半精加工和精加工所需加工的量增多,耗时增加,降低生产效率;若余量过少,则后续加工需特别谨慎,否则将超出齿轮设计精度尺寸使得产品不合格。因此需要对齿轮毛坯加工阶段予以特别重视。

(二)齿面加工
针对齿面加工的方法很多,主要有滚齿、插齿、剃齿、磨齿、铣齿、刨齿、梳齿、挤齿、研齿和珩齿等,其中使用最多的是前四种方法:滚齿、插齿、剃齿和磨齿。

1、滚齿
滚切齿轮属于展成法,可将看作无啮合间隙的齿轮与齿条传动。当滚齿旋转一周时,相当于齿条在法向移动一个刀齿,滚刀的连续传动,犹如一根无限长的齿条在连续移动。当滚刀与滚齿坯间严格按照齿轮于齿条的传动比强制啮合传动时,滚刀刀齿在一系列位置上的包络线就形成了工件的渐开线齿形。随着滚刀的垂直进给,即可滚切出所需的齿廓。滚齿是目前应用最广的切齿方法,可加工渐开线齿轮、圆弧齿轮、摆线齿轮、链轮、棘轮、蜗轮和包络蜗杆,精度一般可达到DIN4~7级。目前滚齿的先进技术有:(a)多头滚刀滚齿;(b)硬齿面滚齿技术;(c)大型齿轮滚齿技术;(d)高速滚齿技术。

2、插齿
插齿特别适合于加工内齿轮和多联齿轮。采用特殊刀具和附件后,还可加工无声链轮、棘轮、内外花键、齿形皮带轮、扇形齿轮、非完整齿齿轮、特殊齿形结合子、齿条、端面齿轮和锥度齿轮等。目前先进插齿技术有:(a)多刀头插齿技术;(b)微机数控插齿机;(c)硬齿面齿轮插削技术。

3、剃齿
剃齿加工是根据一对螺旋角不等的螺旋齿轮啮合的原理,剃齿刀与被切齿轮的轴线空间交叉一个角度,它们的啮合为无侧隙双面啮合的自由展成运动。剃齿是一种高效齿轮精加工方法,和磨齿相比,剃齿具有效率高、成本低、齿面无烧伤和裂纹等优点。所以在成批生产的汽车、拖拉机和机床等齿轮加工中,得到广泛应用。对角剃齿法和径向剃齿法还可用于带台肩齿轮的精加工。

4、磨齿
磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法。发达国家都用硬齿面齿轮,磨齿成为高精度齿轮的主要加工方法。目前碟形砂轮和大平面砂轮磨齿精度可达DIN2级,但效率很低。蜗杆砂轮磨齿精度达DIN3~4级,效率高,适用于中、小模数齿轮磨齿,但砂轮修正较为复杂。磨齿的主要问题是效率低、成本高,尤其是大尺寸的齿轮。所以提高磨齿效率,降低费用是当前的主要研究方向。近年来磨齿方面的新技术有:(a)双面磨削法;(b)立方氮化硼砂轮高效磨齿;(c)连续成型磨齿技术和超高速磨削技术。

5、铣齿
铣齿属成形法加工齿轮,刀具的截形与被加工齿轮的齿槽形状相同,刀具沿齿轮的齿槽方向进给,一个齿槽铣完,被加工齿轮分度后,再铣第二个齿槽,齿轮的齿节距由分度控制。由于齿轮的齿槽形状与齿轮的齿数、修正量、甚至齿厚公差有关,成形法铣齿难于实现刀具齿形与被加工齿轮齿槽都相同,实际上铣齿大都是近似齿形。大模数的齿轮,铣齿生产效率较高,铣齿广泛用于粗切齿。

6、刨齿
刨齿一般是用刨齿刀加工直齿圆柱齿轮、锥齿轮或齿条等的齿面。刨刀有两个运动:一是刨刀的直线切削往复运动;二是刨刀随摇台的平面回转运动,刀具与被加工锥齿轮的运动关系,相当于一个平顶或平面齿轮的齿与被加工锥齿轮的啮合。刀具展成切齿循环一次,加工出一个齿,被加工锥齿轮分度后,加工第二个齿。

7、梳齿
梳齿是用齿条刀插削圆柱齿轮。特点是加工精度高,可达DIN5级。由于刀具结构简单、制造刃磨方便,精度高、刃磨次数多,便于采用硬质合金刀片和立方氮化硼刀片加工淬硬齿轮。

综合齿轮齿形的加工方法,汇总成表1。

表1 齿轮齿形的常用切削方法

(三)热处理工艺
齿轮的热处理是齿轮加工制造过程中必须也是重要的步骤,热处理工艺的好坏将直接影响到齿轮的强度、精度、噪声和寿命。表2为齿轮的常用热处理及化学热处理工艺。

(四)精加工
目前工业应用的齿轮精加工方式主要是剃齿、磨齿、挤齿、研齿和珩齿。
剃齿是在剃齿机上用剃齿刀剃齿,是齿轮精加工的一种方法,剃齿刀相当于齿面上开了很多刃的斜齿轮。它带动被加工齿轮相对转动,如同交错轴齿轮啮合,靠齿面上的相对滑动,剃齿刀切去齿面上很薄的一层金属,完成齿轮的精加工,剃齿机溜板的调整保证齿轮的齿向加工正确。剃齿精度受剃前齿加工的精度限制。剃齿生产效率较高,适用于滚齿、插齿后的软齿面精加工。
磨齿则是用砂轮对齿面进行磨削,磨齿可以磨削齿面淬硬的齿轮,消除热处理变形,提高齿轮精度。磨齿根据使用的砂轮不同,又分为:(1)锥形砂轮磨齿;(2)蝶形砂轮磨齿;(3)大平面砂轮磨齿;(4)蜗杆砂轮磨齿;(5)渐开线包络环面蜗杆砂轮磨齿;(6)成型砂轮磨齿。

挤齿和珩齿都是齿轮精加工的方法。挤齿是利用挤压轮对被加工齿轮的齿面进行挤压,提高齿轮的表面质量,主要适用于滚齿、插齿后的软齿面齿轮精加工。而珩齿则与剃齿的方法基本相同,即将剃齿刀换成形状相同的珩磨轮,靠与齿面的相对滑动对齿面进行抛光,被加工齿轮的齿面软硬均可。 
 
 
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