圓柱齒輪加工的工藝創(chuàng)新

文/褚國榮·江蘇松田數(shù)控科技有限公司

在現(xiàn)代機械中，齒輪傳動是應(yīng)用最廣泛的一種機械傳動方式，它的功能是傳遞兩軸間的運動和動力。尤其在汽車生產(chǎn)行業(yè)中，齒輪已屬于大批量專業(yè)化生產(chǎn)，在長期的生產(chǎn)實踐中，已經(jīng)形成了一整套的生產(chǎn)工藝。

典型的齒輪加工工藝

用切削方法加工齒輪是一種典型的齒輪加工工藝。生產(chǎn)過程一般分為：齒輪毛坯加工→齒面加工→熱處理工藝→齒面的精加工。具體工序為：鍛件或棒料形成齒輪毛坯→粗加工，切除較多的余量→半精加工，車、滾齒、插齒等→熱處理，調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、高頻淬火→精加工，精修基準、精加工齒形等。

用此工藝加工的齒輪，可以達到較高的精度，一般可達到6級，經(jīng)過珩磨后，可達5級以上，可以用在高速、低噪聲的工作環(huán)境中。在長期的實踐中發(fā)現(xiàn)，這類齒輪的齒體失效比例高于齒面失效比例，主要為彎曲疲勞折斷和過載折斷。

齒輪的精密鍛造工藝

隨著數(shù)控精密加工技術(shù)的發(fā)展，精密鍛造工藝和精密模具制造技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到齒輪零件的大批量生產(chǎn)中。精密鍛造工藝分為熱精鍛造和冷鐓鍛造。成熟的熱精鍛造工藝稱為“一火兩鍛”，即齒輪在熱鍛成形和切邊后，利用鍛件余熱進行精整，這樣的熱鍛齒輪精度在8～9級左右。

冷鐓鍛造又稱為閉塞鍛造，是一種先進的無飛邊精密成形技術(shù)。當模具齒形精度達到6級時，在批量生產(chǎn)條件下，齒輪精度可以達到8～9級。這樣的齒輪，可以達到卡車和輕型車的使用要求，可用在低速、重載、高噪聲的工作環(huán)境中。在長期的使用過程中發(fā)現(xiàn)，這類齒輪的失效方式，齒面失效的比例高于齒體失效的比例，主要為磨損和點蝕。

兩種工藝生產(chǎn)的齒輪的性能分析

通過典型的齒輪加工工藝生產(chǎn)的齒輪如圖1所示。由于在齒形加工過程中（滾齒、插齒、珩齒、磨齒等），零件的纖維組織被切斷，雖然可以獲得比較高的齒形精度和齒相精度、表面光潔度等，但齒輪的受力性能和抗折斷性能受到影響，在過載情況下，存在齒根折斷的隱患。

在精密鍛造工藝條件下，生產(chǎn)的齒輪如圖2所示。在精鍛過程中，金屬在高應(yīng)力作用下，產(chǎn)生塑性變形，齒輪的組織致密，金屬纖維連續(xù)，抗疲勞強度和耐磨性比切削加工的齒輪高出很多，適合于頻繁沖擊和重載工況下工作，但由于其精度低，表面粗糙，工作噪聲大，工作速度低，易產(chǎn)生齒疲勞損傷。

齒輪加工的工藝創(chuàng)新

隨著數(shù)控加工技術(shù)的普及，數(shù)控滾齒機和二次自動對刀技術(shù)的成熟應(yīng)用，我們可以將數(shù)控加工和精密鍛造兩種齒輪加工工藝有機地結(jié)合起來，既可以得到良好的金屬纖維組織，改善受力情況，又可以得到比較高的齒輪精度，減少金屬切削量，提高生產(chǎn)效率。

在實際生產(chǎn)工藝中，用精密鍛造的工藝方式生產(chǎn)齒輪毛坯，然后用數(shù)控滾齒機加二次對刀裝置，進行精密滾齒加工。這種方式生產(chǎn)的齒輪，各項精度、性能指標都得到提高，經(jīng)濟價值也有很大提升。與典型的齒輪加工工藝相比，因為切削量減少，所以加工效率提高。我公司有一客戶，要生產(chǎn)一批新能源汽車用齒輪，模數(shù)3mm，24齒，6～7級精度。首次制作精鍛齒輪毛坯，然后在高速數(shù)控花鍵銑床YKH750（圖3）上運用二次對刀加工工藝（僅需6s左右）對精鍛毛坯進行加工，在數(shù)控滾齒機床上滾切0.2mm的加工余量，只需1min左右。新工藝不但提高了生產(chǎn)效率，更重要的是提高了齒輪的性能，在用戶的檢測中，新工藝生產(chǎn)的齒輪的受力性能明顯高于傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的齒輪。

總結(jié)

經(jīng)過大量的實際生產(chǎn)證明和試驗驗證，將精鍛工藝與典型的齒輪加工工藝組合起來，不僅可以提高產(chǎn)品性能，而且可以提高生產(chǎn)效率，是切實可行的，是齒輪加工的創(chuàng)新工藝。