硬齒面齒輪加工技術進展及展望

白 城

(中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安 710201)

硬齒面齒輪加工技術進展及展望

白 城

(中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安 710201)

硬齒面齒輪加工技術分析了加工大批量低成本硬齒面齒輪的常用加工方法，在加工精度和加工效率上取得了一些進步，主要針對國內外滾齒、插齒、剃齒等硬齒面齒輪加工技術的現狀進行了探討。本文主要對硬齒面齒輪加工技術進行了研究及其技術的應用進行了分析。科學技術在不斷進步，硬齒面齒輪加工技術將會進一步地完善和發展。

硬齒面齒輪；精加工；硬齒面齒輪加工技術

硬齒面齒輪是指齒面硬度大于HRC40的齒輪，它承載能力大、體積小、重量輕、壽命長、相對使用成本低、傳動質量好；然而齒輪經過淬硬處理，不可避免地產生變形，使齒輪精度普遍降低l-2級甚至更多，造成齒輪副傳動時噪聲大、效率低，它是采用特種鋼材，應用復合工藝使齒輪表面硬度達到HRC 45以上硬度的齒輪，通常采用齒輪表面滲氮或氮碳共滲（硬度約為HRC52）、中高頻感應淬火或火焰淬火（硬度約為HRC55）和齒輪表面滲碳淬火（硬度HRC 58～62），加工工藝一般采用滾齒-剃齒-熱處理或珩齒工藝；滾齒-熱處理-磨齒工藝，國內外制定了齒輪表面硬度、芯部硬度、有效硬化層深度等一系列檢驗標準。

1、硬齒面齒輪加工現狀

隨著工業技術的飛速發展，要求齒輪具有高精度、高速、高承載力、高齒面硬度、良好的齒面質量、長壽命等技術指標。在工業領域中，對具有高齒面質量、高傳動性能齒輪數量的需求成幾何級數增長。硬齒面齒輪精加工技術關系到國家安全和尖端科技的發展，是國家的一項戰略需求，因此，硬齒面齒輪的精加工工藝成為齒輪加工技術發展的主導方向。硬齒面齒輪的精加工是以高效率、高質量、低成本為目標，實現材料高效去除的一種齒輪精加工技術。隨著硬質合金材料、刀具涂層技術、超硬磨粒T具制備技術和齒輪精加工機床技術的發展，淬硬齒輪加工技術和齒輪加工精度有了顯著的提高，高精度齒輪的加工成本大幅度降低。目前，針對淬火后硬齒面齒輪所采用的加工方法有硬齒面剃齒、硬齒面精滾（刮削）、硬齒面磨齒和硬齒面珩齒技術等。其中硬齒面剃齒、硬齒面精滾適用于齒面硬度為HRC 45～53的齒輪精加工，硬齒面磨齒、硬齒面珩齒適用于齒面硬度HRC≥45的齒輪精加工。

2、硬齒面齒輪加工技術

2.1 滾齒加工

滾齒是一種高效的、應用廣泛的齒廓加工方法，是依照交錯軸斜齒輪嚙合原理進行加工的，過去主要用于軟齒面加工。目前，通過提高滾齒機剛性，采用高性能高速鋼、硬質合金和先進的刀具涂層技術，硬齒面滾齒工藝已廣泛用于模數為2～40、齒面硬度為HRC40 64的硬齒面圓柱齒輪的半精滾和精滾加工，可作為磨前預加工，可以去掉淬火變形量，縮短磨齒工時，降低磨齒加工成本，且無磨削燒傷或裂紋，還可硬化齒面，提高齒輪的疲勞強度。國外硬齒面滾齒精度可達6級，國內可達7～8級，硬齒面滾齒表面粗糙度可達Ra0.63～1.25μm甚至更低。滾齒的缺點是不能切制內齒輪及多聯齒輪。硬齒面滾齒齒形修正靠修正刀具來完成。齒向修形靠滾齒機數控系統控制工件或刀具兩坐標聯動實現圓弧插補。

2.2 剃齒加工

剃齒是一種齒輪精加工方法.可以加工直齒或斜齒輪，采用剃齒刀加工出的齒輪質量較好。一般可達到5～7級精度.而且剃齒刀的耐用度和生產效率都比較高。普通剃齒法加工時接觸壓力大，一般只適用于軟齒面的精加工，不能用于硬齒面加工。近幾年推出了一種硬齒面剃齒法.是德國Hurth公司20世紀80年代初研究開發的齒輪精加工方法.是利用精密齒輪狀基體涂鍍金剛石的刀具與熱處理后的齒輪作高速嚙合運動。它不同于普通剃齒是.此時刀具與工件不是自由嚙合，而是高速同步運動。此技術是復雜基體精密涂鍍金剛石技術、數控高速同步技術、剃磨機床技術的綜合運用。加工中所產生的齒形中凹問題靠刀具修形來解決。這種方法主要用于硬度為HRC50左右的中硬齒面精加工，剃齒刀材料選用高性能高速鋼進行表面化學處理。

2.3 插齒加工

插齒也是廣為采用的切齒方法.它用形狀為齒輪或齒條的插齒刀具。它與被加工齒輪按一定的速度作嚙合運動的同時.刀具沿齒長方向作往復運動形成切削加工，特別適合于加工內齒輪和多聯齒輪。硬齒面齒輪的精插削是指采用硬質合金插齒刀精加工熱處理后、硬度為HRC45～64的硬齒面齒輪。硬齒面插齒刀的研制，國外起步較早，現已進入應用階段。國內開始于20世紀80年代中期。例如我國內蒙古第一機械制造廠采用 758刀片制造的壓配式插齒刀（采用平前刀面）加工硬度HRC60的齒輪達到8級精度：成都工具研究所采用AA級硬質合金插齒刀加工HRC45-62的硬齒面齒輪，加工精度可達6～7級，Ra達0.4～0.8μm。硬齒面插齒加工具有下列優點：對于硬齒面的直齒外齒輪、內齒輪、雙聯（三聯）或帶臺肩齒輪都能方便地進行加工；工藝過程簡單、操作方便、效率高、成本低。

2.4 合理選擇中硬齒面齒輪用鋼的材料處理工藝

要達到較高的機械性能，齒輪需要不斷提高硬度與強度，合金元素如Cr、Mo、等都可以形成彌散碳化物，有效增強彌散強化效果，不但會提高齒輪的強度，同時也會增強塑性與韌性。尤其是一些大型零件，為了避免在回火冷卻慢后出現的高溫回火脆性，需要選擇Mo鋼，它的淬透性較好。在調質處理時，不可一味對硬度進行關注，還需要對淬火與回火的溫度參數進行關注，才能保持強度與韌性雙重效果。淬火的淬硬性決定著齒輪的最終使用綜合性能。在齒輪進行設計計算時，如果需要的彎曲應力大，就說明要求硬度高一些，此時便需要淬透性高的齒輪材料，成本相對會高一些，但使用效果可以得到最大保證。

3、結束語

隨著數控技術的出現，硬齒面齒輪的精加工設備在機床的成形運動設計方面，原有的形成齒輪漸開線輪廓的內聯系傳動鏈是通過機械機構實現的。每個伺服電動機得到指令后，通過電動機旋轉帶動滾珠絲杠實現機床運動，這樣就消除了原有的、形成齒輪漸開線輪廓的、內聯系傳動鏈的機械機構誤差，使機床運動精度得到提高。新的數控滾齒機、插齒機、剃齒機以及磨齒機將得到廣泛應用。

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1007-6344（2016）07-0133-01