□ 馬建潤(rùn) □ 石利軍 □ 江 淵 □ 蔣習(xí)鋒 □ 岳念舉

1.常州市潤(rùn)淵精密機(jī)械科技有限公司 江蘇常州 2131252.濟(jì)南金威刻科技發(fā)展有限公司 濟(jì)南 250109

齒輪指輪緣上有齒,連續(xù)嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械元件,在機(jī)械傳動(dòng)及整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域中應(yīng)用極其廣泛。現(xiàn)代齒輪技術(shù)模數(shù)已達(dá)到0.004～100 mm,直徑為1 mm～150 m,最高圓周速度達(dá)300 m/s。當(dāng)前,我國(guó)齒輪制造業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,還存在自主創(chuàng)新能力不足、新品開發(fā)慢、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)無序、企業(yè)管理薄弱、信息化程度低、從業(yè)人員綜合素質(zhì)有待提高等問題。筆者針對(duì)20°壓力角滾刀加工25°壓力角齒形的問題,提出一種特殊加工工藝。

1 齒輪加工工藝現(xiàn)狀

齒輪加工是利用機(jī)械方法獲得齒輪特定結(jié)構(gòu)和精度的加工工藝過程,齒輪齒部加工可以分為滾齒、插齒、剃齒、珩齒、磨齒、擠齒等?，F(xiàn)階段,對(duì)于精度要求不高的低速齒輪,可以采用熱前滾齒或剃齒,熱后不再加工的加工工藝。對(duì)于精度要求高的齒輪,可以采用熱后珩齒和磨齒兩種方式。珩齒成本低,但齒形修正能力弱。磨齒成本高,精度也高,并且可以采用沿齒高方向的齒頂修緣工藝和沿齒長(zhǎng)方向的齒向修形工藝,能夠顯著降低齒輪嚙合噪聲,提高傳動(dòng)性能。

隨著機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展,現(xiàn)階段對(duì)齒輪精度的要求越來越高,尤其是風(fēng)力發(fā)電、機(jī)車、冶金、煤炭、船舶等行業(yè)。對(duì)于精度要求高的齒輪,一般采用如下加工工藝:① 原材料鍛件;② 預(yù)處理,包括正火+回火或調(diào)質(zhì)處理;③ 半精加工,包括半精車、鉆孔或攻孔等;④ 滾齒;⑤ 熱處理,包括滲碳淬火、感應(yīng)淬火或氮化處理等;⑥ 精加工,包括精車、磨加工等;⑦ 磨齒;⑧ 終檢。對(duì)于以上加工工藝而言,滾齒加工屬于齒部粗加工,齒面留有磨量,熱處理、精加工后再磨齒加工齒面,最終形成成品齒形。熱處理能夠提高齒面硬度,熱處理后齒面洛氏硬度(HRC)可以達(dá)到60以上,磨齒時(shí)很容易產(chǎn)生裂紋,因此磨齒時(shí)齒面磨削量一般在0.01 mm左右。如果磨削到齒根處,那么磨削量需要達(dá)到0.03 mm左右,同樣磨齒磨削到齒根很容易產(chǎn)生裂紋。對(duì)此,滾齒時(shí)所用滾刀均為留磨滾刀,滾齒會(huì)在齒根形成挖根,這樣磨齒時(shí)就不會(huì)磨到齒根。留磨滾刀齒形如圖1所示,滾齒挖根如圖2所示。

一般常用齒輪均為20°壓力角齒形,所以一般的留磨滾刀也均為20°壓力角留磨滾刀。如果突然要加工25°壓力角齒形,就不適用20°壓力角留磨滾刀,需要根據(jù)齒輪參數(shù)訂制25°壓力角留磨滾刀,周期長(zhǎng),并且非標(biāo)滾刀價(jià)格昂貴,由此延長(zhǎng)了加工周期,增加了制造成本。

2 新加工工藝

針對(duì)25°壓力角齒形,提出采用以下加工工藝:

(1) 鍛件,對(duì)原材料進(jìn)行鍛造處理,保證合理的鍛造比,滿足鍛造要求;

(2) 預(yù)處理,對(duì)鍛件進(jìn)行正火+回火或調(diào)質(zhì)處理;

(3) 半精加工,對(duì)預(yù)處理后的零件進(jìn)行半精車、無損探傷、劃線、鉆孔等加工;

(4) 滾齒,采用20°壓力角留磨滾刀或標(biāo)準(zhǔn)滾刀按滾齒加工工藝要求進(jìn)行滾齒加工,并根據(jù)齒輪參數(shù)留相應(yīng)齒面余量;

(5) 磨齒,在數(shù)控磨齒機(jī)上按20°壓力角齒形參數(shù)進(jìn)行磨齒機(jī)設(shè)置,留相應(yīng)齒面余量進(jìn)行磨齒加工,直至齒根圓到位,再按25°壓力角齒形參數(shù)進(jìn)行磨齒機(jī)設(shè)置,留相應(yīng)齒面余量進(jìn)行磨齒加工,齒根處不會(huì)磨到,齒根挖根保留;

(6) 熱處理,齒部可以采用滲碳淬火、感應(yīng)淬火或氮化處理等;

(7) 精加工,包括精車、劃線、鉆孔、磨外圓、加工鍵槽等;

(8) 磨齒,按成品圖紙要求進(jìn)行磨齒機(jī)設(shè)置,磨齒到成品,磨齒時(shí)不會(huì)磨到齒根,避免磨削裂紋的產(chǎn)生;

(9) 探傷,對(duì)齒輪齒部進(jìn)行無損探傷檢測(cè);

(10) 終檢,全面檢測(cè)或驗(yàn)證各部位尺寸、精度,并做好記錄。

以上加工工藝不需要訂制滾刀,大大縮短了制造周期,降低了制造成本。

3 實(shí)例

若壓力角為20°,則計(jì)算得公法線長(zhǎng)度為93.197 mm,齒頂圓厚度為7.628 mm,齒頂圓齒槽寬為34.252 mm。

通過計(jì)算可知,壓力角為25°和20°時(shí),齒頂圓直徑、分度圓直徑、齒根圓直徑、分度圓弦齒厚均相等。壓力角為20°時(shí)的齒頂圓厚度大于壓力角為25°時(shí)的齒頂圓厚度,差值為2.116 mm。壓力角為20°時(shí)的齒頂圓齒槽寬小于壓力角為25°時(shí)的齒頂圓齒槽寬,差值為2.115 mm。壓力角為25°時(shí),越接近齒根圓齒厚越大,最大約為2.1 mm。壓力角為25°和20°時(shí),公法線長(zhǎng)度相差0.312 mm,若熱處理前滾齒公法線留余量1.3 mm,則采用20°壓力角留磨滾刀滾齒時(shí),公法線長(zhǎng)度為96.9 mm。按20°壓力角齒形參數(shù)進(jìn)行磨齒機(jī)設(shè)置,磨齒至公法線長(zhǎng)度為95mm±0.05 mm,齒根圓到位。然后按25°壓力角齒形參數(shù)進(jìn)行磨齒機(jī)設(shè)置,磨齒至公法線長(zhǎng)度為94.8 mm±0.05 mm,公法線長(zhǎng)度留余量1.3 mm。滲碳淬火、精加工后,按成品圖紙要求磨齒至成品。

4 結(jié)束語

采用所介紹的加工工藝,由20°壓力角留磨滾刀加工25°壓力角齒形,只利用現(xiàn)有設(shè)備,不訂制專用非標(biāo)滾刀,加工工序簡(jiǎn)單,可以節(jié)省費(fèi)用和時(shí)間,縮短加工周期,降低制造成本。