挖跟齒輪加工工藝研究

王曉俠

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

引言

挖跟齒輪的質量直接影響著發動機的性能。經過多次調整加工方法及實驗，在較短周期中完成了對加工過程的分析并成功加工出了一批合格零件。

一、加工流程

1 齒輪的粗加工。齒輪的粗加工是為了去除加工余量，為半精加工確定基準，同時進行輪齒的粗加工。齒輪粗加工要選擇好基準，基準的確定對以后各加工表面加工余量的分配、加工表面與非加工表面的相對位置有較大的影響。挖跟齒輪輪齒粗加工選擇滾齒加工。確定滾齒分度圓齒厚時，要考慮磨齒時的碳層減薄量，一般磨齒余量單邊不大于0.2mm；由于滾齒和磨齒不是采用同一加工基準，因此在滾齒時對輪齒齒形跳動量也要加以限制， 避免磨齒時余量不一致，造成齒面滲層不均勻而減小齒面耐磨性。

2 齒輪的熱處理。齒輪輪體和輪齒部位經過粗加工后,為了達到設計圖要求，一般要進行熱處理，例如輪齒滲碳、淬火、氰化、氮化等，以改善材料的機械性能，滿足使用要求。挖跟齒輪采用的是滲碳、淬火處理。采用余量保護法，滲碳后要進行半精加工，去除保護余量，再進行淬火。

3 齒輪的半精加工。半精加工主要完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做準備。半精加工主要是車削、磨削、精加工基準的修正等。滲碳淬火中用余量保護的齒輪，其滲碳、淬火分成兩道工序，中間要進行去除保護余量的半精加工。

4 齒輪的精加工。齒輪輪體的精加工主要包括零件的精密表面（主要是軸承外圓及端面）的精加工及光整加工；也包括對齒輪上內外花鍵的滾、插、拉削加工；螺紋的磨、銑、車加工；鍵槽的銑、插加工；工藝扁臺的銑削；減輕孔的鉆鉸等。這些工序多安排在軸承外圓的精加工及輪齒的精加工（磨齒）之前；也有考慮精加工軸承外圓及輪齒的基準問題，而將上述個別工序排在精磨外圓及磨齒之后的。

齒輪精度多為6～7級，最高為5級。根據齒輪精度等級，直齒圓柱齒輪的輪齒精加工多采用磨齒。齒輪為6級精度，用磨齒機進行磨齒。磨齒時要選擇合適的切削參數，避免磨削燒傷及裂紋。磨齒后進行低溫回火（一般150℃左右）和燒傷檢查（用化學方法）。

二、加工中出現的問題、解決方法及改進效果

目前挖跟齒輪主要出現問題是齒形不合格及齒面出現裂紋。

1 齒形不合格原因分析、解決方案及改進效果

一般在制齒工序中，齒輪在齒根圓上，根據使用要求不同有下列四種情況：

（1）齒根圓留有適當的磨削余量，對于中早期設計的齒輪，要求齒根圓進行磨削，因此齒根圓留磨削余量0.1mm～0.4mm（直徑方向）。滾齒的齒根過渡曲線R與磨齒的齒根過渡曲線R相同，這樣在磨齒時，齒根圓和齒根R過渡曲線全部磨光，齒根圓與齒型面轉接圓滑。（2）齒根圓留磨削余量應很少，齒根圓余量0～0.2mm（直徑方向），磨齒齒根有可能磨不圓，設計要求允許齒根圓磨削不完整，但齒根過渡曲線R與齒輪漸開線型面必須光滑轉接。（3）齒根允許留有磨削臺階，其齒根形狀滾齒時按要求留R進行齒根底徑加工，齒根底徑完全不磨削，磨齒時只磨削齒面。（4）齒根為一個圓弧的齒底（挖根齒輪），用特殊專用大頭滾刀加工出R1min，齒面留出磨齒余量，磨齒型面時齒根不磨削。

另外在磨齒工序中，因磨齒工藝是硬齒面齒輪的精加工工藝，也是精密齒輪的主要加工工藝，故主要用采用高精度磨齒機加工，這樣才能可以滿足挖跟齒輪的要求。但磨齒的缺點是砂輪修整費時，金剛石修整筆的消耗量大，不適于單件或小批生產。

磨齒去余量的大小應以除去齒面缺陷層，消除滲碳淬火變形，保證滲碳層規定厚度要求，達到齒輪磨齒精度的最小余量為準，磨齒余量的均勻性對保證齒面質量是十分重要的，磨齒余量不均勻性受下列三個因素影響：

齒輪的預加工滾齒等精度

滲碳、淬火的熱處理變形

熱處理后修正基準加工中產生的誤差

在工藝上要嚴格控制上述三個因素造成的誤差，才能獲得均勻而較小的磨齒余量。

通過以上分析得出產生齒形不合格的原因有以下四個方面：（1）滾齒工序的滾齒刀挖根對稱度不好；（2）滾齒刀漸開線起始圓不合格；（3）磨齒工序用頂尖加工，測量基準與加工時裝夾基準不統一；（4）磨齒設備精度不夠。

為解決此項問題，針對產生的原因特制定以下方案：（1）對現有的滾齒刀進行改磨，保證滾齒工序輪齒的漸開線起始圓及挖根對稱合格，為磨齒工序打好基礎。（2）派制專用工裝，統一加工時裝夾基準及測量基準。（3）加大磨齒余量，磨齒分為粗磨及精磨兩道工序，減小精磨余量。

根據以上方案對現有的滾齒刀進行改磨、統一加工時裝夾基準、調整磨削余量后，有如下改進效果：（1）滾齒工序投影檢查的漸開線起始圓合格且挖根對稱性好。（2）磨齒工序加工時間延長，磨齒加后齒形齒向尺寸均合格。

2 齒面裂紋原因分析、解決方案及改進效果。原因分析：（1）滾齒工序后的打磨輪齒及挖根倒角不均勻，熱處理工序時殘余應力在輪齒尖邊處釋放，造成裂紋。（2）磨齒加工時震動過大產生磨削裂紋。

解決方案。（1）對打磨倒角工序進行控制，嚴格把關，確保倒角的均勻性。（2）在打磨倒角工序之后和磨齒加工之前加上光整工序，光整加工能有效去除零件表面的毛刺等，在原工件表面上可靠地細化表面粗糙度1～2個等級，提高零件表面層硬度，從而可延長零件的使用壽命。（3）磨齒工序派制專用夾具，確保加工的穩定性。（4）磨齒工序分為粗、精兩道工序，減小磨削震動。

改進效果。（1）熱處理后零件未出現表面裂紋。（2）磨齒工序后經過探傷，未發現輪齒表面出現裂紋。

結語

綜上所述，經過技術人員及現場操作人員的共同努力，總結出挖跟齒輪加工時存在的問題，并加以解決，最終完成現行的加工流程，達到了滿意的結果。

[1] 李先廣.當代先進制齒及制齒機床技術的發展趨勢[J].制造技術與機床，2003.

[2] 張捷.機械制造技術基礎[M].四川：西南交通大學出版社，2006.