河南商丘工学院 机械工程学院 娄光路 476000
摘要：齿轮制造加工工艺是获得优质齿轮的关键。在对齿轮轮齿失效形式进行分析并找出相应的解决措施或者说相对应的经济高效处理方法时，就需先要初步了解齿轮的加工工艺流程从而能更好的寻找到齿轮轮齿失效的原因所在，并可以寻找到相应的对策减少或避免因齿轮轮齿的失效导致机械不能正常工作从而造成的经济损失。
关键词: 齿轮轮齿;制造流程;失效形式;解决措施
1齿轮加工方法
现在齿轮的加工技术流程主要有这几个步骤:齿轮的毛坯加工、齿面加工、齿面热处理工艺以及齿轮齿面的精加工等。齿轮的毛胚件主要分别是锻件、棒料或铸件,当中锻件被使用的频率最高,是对于齿轮的毛胚件先采取正火方式处理,改善其切削和加工类型,以便于更好地进行切削，然后开始进行粗加工,按照齿轮机械结构设计的要求,先将毛坯加工成大致的形状,保留充足的加工余量，再继续进行下一步的半精加工,车、滚、插齿、使得齿轮基本完成，然后再对其部件进行热处理,改善它的力学性能。根据实际使用需求和与所用原材料的配比不同,有调质、渗碳淬火、齿面高频传感加热淬火等等，最后再对这些齿轮做进一步的精密加工,精修基准、精加工齿轮[1]。正常的齿轮是按标准化的加工流程和实际使用需求来选择材料在不考虑其他因素时的影响,齿轮将不会在机械的设计使用期限内出现失效的问题[1-3]。
2齿轮毛坯加工
齿轮的切削毛坯件在工业齿轮切削加工整个工艺过程中已经占据了举足轻重的重要作用。齿面毛胚加工和齿轮检查所用的齿轮加工工时基准必须保证是在齿轮的毛坯加工的各个工作阶段被正确加工而且完成,同时由于每个轮齿坯毛坯加工工时占到的齿轮总工时余量比例相当,对于齿轮生产工作效率和之后齿轮毛坯加工产品质量来说都会对其具有很大的直接影响,余量太多将来就会直接影响导致之前的半精细化加工和齿轮零件的精细化加工所用的需要同时进行齿轮加工的工时数量随之增多,耗时也就必然会随之增加,降低了齿轮生产的工作效率;但是若工时余量太少,则后期的齿轮加工检查工作也必需特别小心,否则也就会因为超出了齿轮的基本设计高度及精度和使用尺寸而直接使得该加工产品无法达到合格[1-5]。故我们需要同时给予齿轮在毛坯加工制作技术阶段的专业技术人员以特殊的高度重视。
3 齿面加工
针对于齿轮的表面可以进行的加工的方式有很多,主要方法包括滚齿、插牙、剃齿、磨齿、铣牙、刨牙、梳齿、挤牙、研齿以及珩齿等,其中目前实际使用最多的方法就是前四种齿面的加工形式方法:滚齿、插齿、剃齿和磨齿[16]。
3.1滚切
这种新式齿轮传动切削是属于一种扩展式齿轮传动切削法。切削过程可以把它看做是一种没有任何啮合间隙的旋转齿轮和齿条传动。例如,当一个滚齿旋转一周时,相当于对应的齿条沿法向运动一周及移动一个刀齿,滚刀的连续旋转运动,犹如一根无穷长的圆形齿条不断沿法向或者法向旋转移动。因此,当各种滚刀与滚齿坯之间严格地按照不同齿轮于各种不同齿条的切削传动时间比例来进行强制性地进行啮合传动,滚刀刀齿在一系列不同位置上的包络线便直接形成了各种切削工件渐开式的线状或锯齿形[8]。随着对转动滚刀主轴进行齿轮垂直旋转推动后,即可以滚切出符合要求的齿轮轮廓。滚齿齿轮切削是目前国际市场上技术应用最广泛的一种自动切削方式,可以轻松地加工渐开线驱动齿轮、圆弧式驱动齿轮、摆线式驱动齿轮、链轮、棘轮、蜗轮和自动包络式齿轮蜗杆,精度通常是可以控制DIN从四级到七级。目前滚齿的主要采用先进设计制造技术主要包括有:①采用多头传动滚刀式的转轴滚齿;②滚刀采用带有硬齿轮的表面滚动式滚轴传统滚齿技术;③滚齿采用大型滚动齿轮式高速滚轴传动技术;⑤滚齿采用高速滚动式滚轴齿轮技术。
3.2插齿
插齿尤其特别是适宜于加工内部驱动齿轮与多联式外部齿轮。在设备采用特殊的加工刀具与机械附件后,还可以能够直接进行加工制造出无声链轮、棘轮、内外置火花键、齿状传动皮带轮、风扇型传动齿轮、不完全的传动齿轮型齿轮、特殊的十字牙形齿轮、齿条、端面式传动齿轮以及各种圆锥度式传动齿轮。目前先进的数控插齿铣削技术主要特点有:①大型采用多自动刀头数控插齿铣削技术;②小型采用微机式自动数控铣齿插入驱动式齿机;③齿机采用基于硬齿面动力传动的数控齿轮铣削装置进行插齿铣削。
3.3剃齿
径向传动剃刀锯齿传动技术以其传动工作效率高,设计生产出的传动齿型、齿向量和修形工艺需要及时易于加工完成等的优点而被广泛地研究应用，体现在了大批量的大型汽车传动齿轮设计制造中。这项加工技术上己经完全应用成熟,加工产品质量稳定可靠。剃齿的加工原理就是根据一对螺旋角度不等的可剪螺旋轴线齿轮进行啮合的运动原理,剃齿刀与被动可剪螺旋齿轮之间的螺旋轴线空间交叉一个螺旋角度,它们的啮合是无侧隙双面啮合的自由展成运动。剃齿技术是一种高效的齿轮加工的技术方法,和其他传统的齿轮磨齿铣削技术方法相比,剃齿技术具有工作效率高、费用低、表面光滑无任何化学烧伤及细微裂纹等几大特性。所以,在我们成批生产的重型汽车、拖拉机和机械工程学校的机床等各种大型齿轮机械制造品的加工中,都能够使其得到很好的实际应用。对角径向剃齿法和同轴径向对角剃齿法也同样可以直接用来用于进行各种带有平台肩式铣削齿轮的精加工。
3.4磨齿
磨齿是获取高转速精度的传动齿轮齿轮最为有效和可靠的方法。发达国家都普遍使用并用于硬齿面的齿轮传动机械齿轮加工,而且磨齿已经发展成为了高速低精度齿轮传动机械齿轮的一种主要机械制造工艺方法。目前采用盘形齿型砂轮和大直径平面盘形砂轮的高速磨齿传动精度虽然最高可达达到DIN2级,但是磨齿效率极低，而蜗杆传动砂轮上的磨齿修正精度一般可以提高到达DIN3~4级,效率高,适用于中、小模数高速齿轮的传动研磨,但对于蜗杆传动砂轮的磨齿修正比较复杂。而且主轴磨齿主要产品存在的技术问题之一就是工作效率低、造价昂贵,尤其对于大量小尺寸的高速传动轴磨齿。所以如何有效提高齿轮磨齿的工作效率,降低磨齿成本也将是当前主要的技术研究发展思路。近年来关于砂轮磨齿以及机械磨削方面的一系列新的技术研究包括:①双面高速磨削磨齿方式;②砂轮立方磨齿氮化硼打磨砂轮高效高速打磨磨刀齿;③连续高速成型切割磨刀修削方式切割磨刀齿艺及各种超高速成型切割磨削刀艺。
3.5铣齿
铣齿属一种一体成形加工方式的并用于加工专用齿轮,刀具的横形和截形与被刀具加工一个齿轮的每一个分度牙槽齿节形状相同,刀具沿每一个加工齿轮分度牙槽的运行方向是往前进行补给,一个分度齿槽在向上铣完,被刀具加工的一个齿轮牙槽进行一个分度后,再铣第二个分度齿槽,齿轮的每一个牙槽齿节上的间距由铣齿分度器驱动来进行控制。由于现在铣削锯齿机床中成形齿轮的各种形状牙槽齿型形态与铣削齿轮的成形长度、修正齿的重量、乃至牙厚和齿公差等诸多因素密切有关,成形牙槽方式的铣削锯齿很难成功实现,而且铣削刀具的牙轮齿形和被铣削加工时的各种齿轮成形牙槽都相同,实际上铣削的齿大多为近似的齿轮牙形[12]。大模数的齿轮,铣齿在工业生产中工作效率更高,铣齿广泛应用于各种粗切齿。
参考文献
[1]朱孝录，蒽中凯.齿轮承载能力分析[M].北京:高等教育出版社,2010.
[2]曾德江,黄均平.机械基础[M].北京:机械工业出版社,2010.
[3]覃孟扬.基于预应力切削的加工表面残余应力控制研究[D].华南理工大学，2012.
作者简介：娄光路（1990-），男，硕士，研究方向：机械制造。