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摘要：齿轮轴在工程机械领域使用中具有重要意义，本文通过对齿轮轴几个方面的加工工艺以及工艺优化进行探讨分析，对提高齿轮轴加工质量以及寿命具有重要的指导意义。
关键词：齿轮轴；加工工艺；优化
一、齿轮轴的介绍
齿轮轴是一种支承转动零件并通过回转来传递运动、扭矩的机械零件。它一般均为金属圆杆状，具有传动效率高，结构紧凑、使用寿命长等优点。齿轮轴主要承受交变载荷，所以它承受的剪切应力和接触应力都比较大，这样长期运行后会造成轴部产生裂纹，齿部磨损。因此在机械设备运转中需要齿轮轴有一定的强度和韧性，表面也要有一定的硬度和耐磨性。这就需要对齿轮轴的加工工艺提升与加强。齿轮轴的加工工艺主要包含毛坯下料、粗车、精车、调质处理、精车齿坯至尺寸、若轴上有键槽时，可先加工键槽等、滚齿、齿面中频淬火、磨齿、成品的最终检验等步骤。
二、齿轮轴加工工艺分析与优化
1.零件结构分析
齿轮轴的零件主要由花键、圆柱面、圆弧面、轴肩、凹槽、环槽、齿轮等不同形式的几何表面和实体组成。机械工程设备对齿轮轴的精度要求高，而且齿轮轴的加工难度本身就有点大，所以我们必须要对齿轮轴加工过程中遇到的一些问题加强重视，比如材料、基准、热处理、花键和齿形等做出正确的选择和分析，这样才能保障对齿轮轴批量高效的生产。
2.材料的选择
优质碳素结构钢中的45钢，合金钢中的40Cr、20CrMnTi等是传统机械中齿轮轴常用的材料，例如装载机中的输出齿轮轴，可以选择低碳合金钢20CrMnTi。为了减少机械加工的劳动量，同时为了减少材料消耗，因为齿轮轴机械强度要求较高，各阶梯直径相差较大，大尺寸的齿轮轴一般选用自由锻造，中小尺寸的齿轮轴选择模锻件，而小尺寸的齿轮轴也可以制作成整体的毛坯。
3.毛坯的选择
毛坯的选择主要包括毛坯的材料、生产方法等。毛坯选择是否正确关系到毛坯的生产成本和工作量，并且影响齿轮轴的加工质量。机械设备对齿轮轴的强度要求非常高，而齿轮轴直径大小又差异很大，选择锻件毛坯能减少加工的劳动量和材料的消耗。不同尺寸的齿轮轴选择不同的锻件，不同的锻件的加工余量将会按照不同的国家标准进行加工。另外我们还得注意因为锻造工艺不正确导致锻件毛坯的晶粒不均匀、龟裂等。此刻我们应该遵循国家标准对生产出的锻件进行评定，若是成批加工，则可采取抽样的方式进行抽检。
4.预热处理及粗车
齿轮轴一般采用的是含碳量比较低的优质碳结构的材料，这种材料硬度蛮低，容易在切削时造成粘刀。此刻需采用预热处理方式来处理，这样能够消除锻造缺陷，改善材料的切削性。预热处理有三个步骤，分别如下：
（1）退火与正火：用于经过热加工的毛坯。含碳量低于0.5%的碳钢和金属钢，采用正火处理切削性；含碳量高于0.5%的碳钢和金属钢，采用退火处理来降低其硬度来方便切削。退火与正火处理能细化晶粒、均匀组织。
（2）时效处理：时效处理则是用来消除毛坯制造过程中产生的内应力。对于精度要求过高的零件，需要数次时效处理。
（3）调制：是在淬火后进行高温回火处理，为后面的表面淬火和渗氮处理时减少变形准备。
经过预热处理后，再经过数控车床处理，就做成了粗车。
5.精车
粗车将会利用数控车床进一步进行精加工，做成精车。这些精加工主要包含精车的外圆、车螺纹、切槽等。
而一般生产过程中，都会选择批量的加工齿轮轴，为了提高齿轮轴加工的质量和效率，一般采用数控车削，通过设置程序来控制齿轮轴加工的质量，同时能保证生产效率。零件在精车后能根据工作环境和相应的技术要求来选择是否实施调质处理，这样能为以后的表面渗氮处理和表面淬火打下很好的基础，有效改善表面处理的变形。
6.齿部及花键加工
对于工程机械传动系统来说，花键和齿轮是传递力矩和功率的两大关键，对于这两个部分也都有较高的精度要求。一般来说，齿轮轴的齿轮精度在七级到九级，如果达到了最佳九级精度，滚齿刀和插齿刀就都能达到相应的精度要求。但是如果是滚齿刀加工精度相对插齿加工精度更高的话，滚齿刀的效率也会更高。根据不同的齿轮加工的批量来进行选择不同的工艺，如果是生产较小的批量，可以先将滚齿或插齿加工，然后再加上高频感应式的加热淬火和另外的加工表面方式，最后再用磨齿加工来达到相应的精度要求。如果齿轮要淬火，就要将原始的精度要求提高一个等级，因为在淬火以后齿轮精度会有所下降，这样才能使最终结果达到原始的精度要求。
7.表面渗碳和淬火处理
为了让齿轮表面具有较高的硬度和韧性，齿轮轴的表面需要进行渗碳处理，其他部位进行淬火处理。一般情况下，渗碳处理的渗碳层深度是1mm到2mm之间。齿轮轴的花键齿部和凹槽等部位是不需要进行渗碳处理，但需要进一步加工处理，其表面要涂抹防渗透料。淬火后的工件还要检查是否弯曲，若是变形较大，就需要消除内应力来防止变形。渗碳和淬火处理是保证齿轮轴生产工艺中的重要环节，我们必须高度重视工艺的细节问题，比如热处理过程中必须严格控制温度、冷却温度等因素，一旦没有严格按照工艺把控，那么生产的齿轮轴的质量大打折扣，不会符合机械工程使用的要求。
8.中心孔研磨及重要表面精加工
在前期的处理后，齿轮轴的两端顶尖孔需要精加工处理，打磨外圆表面，做精基准，直到满足图纸要求为标准。
9.齿面精加工
齿面也需要像中心孔一样进行精加工，可以参考以两端尖空作为基准，最终满足图纸要求为止。
10 .工艺流程
上面章节对齿轮轴每个重要的节点都做出了详细介绍。不过经过长期生产实践总结，齿轮轴的生产工艺也逐渐优化，其基本的工艺流程为：
毛坯下料→锻造→正火与退火处理→粗车→精车→滚齿→花键→去毛刺→渗碳和淬火处理→校直→研磨中心孔→削磨外圆表面和端面→车削凹槽外圆和表面→磨齿→成品检验入库。
这些工艺是跟随新技术的采用，技术的不断改进总结而来。并且它已经在生产实践中得到了运用，很好地保证了齿轮轴的加工质量和效率。它对齿轮轴制造产生了实质性的影响。
三、结束语
对于齿轮轴的工艺分析，我们需要借助产品的装配图，去熟悉它的结构，工作条件、工作性能，同时还需要查找相关资料进行了解齿轮轴生产技术的要求以及各项参数，找到生产齿轮轴主要的技术要求和技术关键，以便在后面的生产中对生产工艺进行优化，进而保证齿轮轴的生产质量。本文通过对齿轮轴材料的选择、表面处理、热处理、切削等核心工艺步骤进行探讨分析，总结加工工艺并在实践中得以运用，并且在保证齿轮轴加工质量和效率的基础上，继续在加工工艺上进行优化，这将会对齿轮轴在将来的生产中具有重要的意义，不断提高齿轮轴的加工质量和使用寿命。
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