齒輪加工工藝講座,講課人：蘇孟順,2004年6月22日,我廠主要齒輪分類,普通齒輪工藝介紹,概 述,我廠齒輪加工典型工藝,目錄,齒輪精加工的新方法,1、概述,大家知道齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見的一種機(jī)械傳動(dòng)，是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種形式，是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件。它與其他傳動(dòng)形式（像鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等）機(jī)械傳動(dòng)相比，具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，圓周速度高，傳動(dòng)準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)尺寸小等特點(diǎn)。因此，它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)部件，也是機(jī)器中所占比重最大的傳動(dòng)形式。,齒輪傳動(dòng)在我國(guó)的發(fā)展是從漸開線齒廓起步的，漸開線齒輪在技術(shù)上最成熟，應(yīng)用最具備條件，使用的也最廣泛，在機(jī)械設(shè)計(jì)中占有主導(dǎo)地位，由于齒輪的設(shè)計(jì)與制造水平將直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，因此，齒輪在工業(yè)發(fā)展中的地位一直比較突出，被公認(rèn)為是工業(yè)化的一種象征。,概 述,我廠設(shè)計(jì)制造齒輪部件已有近40年的歷史，隨著技術(shù)的更新，齒輪制造水平在不斷的改善和提高。各種規(guī)格也在不斷擴(kuò)大，齒輪的制造精度也由原來的8級(jí)提高到5-6級(jí)，多項(xiàng)指標(biāo)和總成綜合質(zhì)量的測(cè)試，均達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，齒輪設(shè)計(jì)和制造已成為我廠的主業(yè)配套，其模數(shù)可以從0.5mm到24mm，齒廓有漸開線、雙圓弧和鼓形齒多種形式，能制造直齒、斜齒、標(biāo)準(zhǔn)齒輪、雙圓弧人字齒輪，準(zhǔn)雙曲面和正交螺旋錐齒輪、直齒錐齒輪等多品種并擁有各種齒輪加工設(shè)備以及近千種齒輪刀具，形成了一個(gè)較完整的齒輪制造基地。,2、我廠主要齒輪分類,我廠主要齒輪分類,我廠在齒輪設(shè)計(jì)和制造上，主要是圍繞石油鉆采、固壓設(shè)備機(jī)械傳動(dòng)的需要，大致可分為以下三大類： 第一類、漸開線齒形 齒面硬度為HRC58-62的硬質(zhì)齒面?zhèn)鲃?dòng)，其材料為低碳合金鋼，齒面最終由“硬質(zhì)合金滾刀刮削”和“齒面磨削”來完成，這種硬齒面?zhèn)鲃?dòng)主要用于修井機(jī)各齒輪傳動(dòng)箱機(jī)構(gòu)，像壓裂泵的較大的齒輪材料選用中碳合金鋼，齒坯調(diào)質(zhì)滾齒后，經(jīng)熱處理對(duì)齒面氮化處理提高齒面硬度；,我廠主要齒輪分類,第二類、雙圓弧人字齒形 齒面硬度為HRC28-32的軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，其材料為中碳合金鋼，齒坯經(jīng)調(diào)質(zhì)直接滾齒成。這種人字齒輪傳動(dòng)制造工藝比較嚴(yán)格對(duì)，對(duì)齒形誤差 精度和左右對(duì)稱精度要求都比較高。由于齒形精度主要取 決于滾刀的精度，因此，雙圓弧齒輪滾刀的制造成本也特別高。此種雙圓弧人字齒輪傳動(dòng)由于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低，傳遞精度高，而被長(zhǎng)期用在各種壓裂泵動(dòng)力端傳動(dòng)，比如180泵，DS泵等。,我廠主要齒輪分類,第三類、格里森制，準(zhǔn)雙曲面和正交螺旋錐齒輪。該類齒輪材料選用低碳合金鋼（也有選用中碳合金鋼，齒面氮化處理）齒面硬度HRC58-62,屬硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，工藝上為了減少最終熱處理的變形，在齒坯粗加工后，再經(jīng)熱處理進(jìn)行時(shí)效處理，齒形是在美國(guó)格里森銑齒機(jī)床上，用“全過程切齒加工法”完成，在其他錐齒輪銑齒機(jī)床選用其他切齒法或錐齒輪拉齒機(jī)床也可完成齒形制作。,3、普通齒輪加工工藝介紹,齒輪制造工藝方案，主要是依據(jù)不同類型的齒廓形狀、齒面硬度結(jié)構(gòu)形式、精度與生產(chǎn)條件來確定的。一般來說包括以下5個(gè)階段：,材料準(zhǔn)備,齒坯加工,齒形加工,齒面熱處理,齒面加工,普通齒輪工藝介紹,具體工藝主要內(nèi)容如下：,普通齒輪工藝介紹,齒形加工主要方法,普通齒輪工藝介紹,其他加工,齒形熱處理主要方法,普通齒輪工藝介紹,齒形精加工主要方法,根據(jù)我廠齒輪制造的實(shí)際結(jié)構(gòu)和精度，要求其加工工藝如下： 我廠常用的帶有內(nèi)花鍵定位的盤狀齒輪材料常選用20CrMoTi，滲碳層1.8-2.2mm，齒面硬度為HRC58-62 ，在確定具體加工工藝內(nèi)容時(shí)，著重考慮確定兩項(xiàng)精度： 1、是齒輪各部分對(duì)中心軸線的形狀精度； 2、必須消除經(jīng)熱處理滲碳淬火后的熱變形，對(duì)齒,4、我廠齒輪加工典型工藝,輪精度的影響。在確定工藝基準(zhǔn)時(shí)，首先應(yīng)該選定內(nèi)花鍵的大徑尺寸為加工工藝基準(zhǔn)，這是因?yàn)閮?nèi)花鍵的加工，都是花鍵拉刀拉制而成的，而拉刀的外徑尺寸精度比較高，拉出的花鍵大徑尺寸比較穩(wěn)定和可靠，完全可以作為齒坯加工的工藝基準(zhǔn)，無論是矩形花鍵孔或是漸開線花鍵孔卻是一樣，如后圖所示：,我廠齒輪加工典型工藝,我廠齒輪加工典型工藝,漸開線花鍵示意圖,我廠齒輪加工典型工藝,矩形花鍵示意圖,D,d,我廠齒輪加工典型工藝,下面講講這種齒輪的具體加工工藝： 齒輪全圖,我廠齒輪加工典型工藝,毛坯 鍛造成形,熱處理 正火處理,粗車 1、內(nèi)孔尺寸一般設(shè)計(jì)為裝配基準(zhǔn)，在設(shè)定內(nèi)孔粗車尺寸時(shí)一般是按花鍵拉刀的前導(dǎo)向尺寸確定（比圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸減小0.5-0.6mm，做為熱處理后的精磨余量） 2、選用拉床定位的端面時(shí)應(yīng)盡量選用大端面，而且要求同內(nèi)孔一次裝夾車成，保證其垂直精度。 3、齒坯的其余部分可在粗車加工時(shí)留有一定的精車余量,拉花鍵 拉內(nèi)花鍵用大端面和內(nèi)孔定位拉制,精車 1、選用內(nèi)花鍵的大徑尺寸D定位， 2、用車工專用“花鍵微錐芯軸一次定位加工”在工件調(diào)頭加工時(shí)，可隨芯軸一起整體調(diào)頭加工完成后，再拆卸工件。,我廠齒輪加工典型工藝,花鍵芯軸,我廠齒輪加工典型工藝,車工用微錐花鍵芯軸，實(shí)際上是一個(gè)圓柱微錐芯軸，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)芯軸時(shí)，已把花鍵的鍵寬和小徑尺寸減小了0.5-0.7mm（漸開線花鍵的齒厚減小0.5）使花鍵芯軸完全靠外徑和微錐來定位鎖緊齒坯的，這樣主要是為了排除多點(diǎn)接觸對(duì)精度的干涉,滾齒 滾齒的定位仍使用花鍵大徑和大端面為工藝基準(zhǔn)齒厚為粗切加工，磨削余量可按后表選擇,我廠齒輪加工典型工藝,磨削余量表,鉗 輪幅鉆孔 齒廓倒角，一般是指齒高的兩端和沿齒長(zhǎng)的齒頂245倒鈍,我廠齒輪加工典型工藝,熱處理 按熱處理工藝滲碳淬火,磨 1、由于齒輪在滲碳淬火的熱處理過程中會(huì)產(chǎn)生熱變形，變形量大小不一，變形位置一般在孔的收縮或漲大和盤狀的翹曲變形。,2、為了消除熱變形，對(duì)齒輪各部加工的影響可按下列方法消除：,a、仍以內(nèi)花鍵大徑為定位基準(zhǔn)，上花鍵芯軸，對(duì)齒輪的外徑和大端面一次裝夾后，磨光，（磨去的，便是變形量）因?yàn)檫@是微量磨削，一般是不會(huì)造成尺寸變化的，這樣，可以在工藝上保證兩個(gè)精度，即齒節(jié)圓對(duì)內(nèi)花鍵的同軸度和齒端面對(duì)內(nèi)花鍵的垂直度 。,我廠齒輪加工典型工藝,b、在內(nèi)圓磨床上，將齒輪的大外圓和大端面的跳動(dòng)同時(shí)校正在0.03mm以內(nèi)，把花鍵內(nèi)孔磨成。,c、在以內(nèi)孔和大端面定位磨齒面為成品尺寸。,以上三步的做法主要為了保證齒輪各部位對(duì)內(nèi)花鍵的形位精度，避免由于熱處理變形而造成的內(nèi)花鍵大徑和小徑的偏心，而影響裝配。,成品包裝,齒輪的加工是這樣，同類零件，凡有內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)的，都可以按照此工藝加工，例如：修井機(jī)各種聯(lián)接法蘭，內(nèi)孔有矩形和漸開線花鍵的，全都可以在半精車后拉內(nèi)花鍵，在上花鍵微錐芯軸一次裝夾精車完成。,我廠齒輪加工典型工藝,實(shí)例： 連接法蘭，材料45 ，調(diào)質(zhì)硬度HRC28-32 ，內(nèi)孔為漸開線花鍵，其示意圖如右所示：,我廠齒輪加工典型工藝,我廠齒輪加工典型工藝,5、齒輪精加工的新方法,齒輪精加工的新方法,最后向大家簡(jiǎn)單介紹一種齒輪精加工方法硬齒面刮削法。 隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造的不斷深入，齒輪加工有了長(zhǎng)足的發(fā)展，像硬齒面的加工，原來只是經(jīng)過齒面磨削加工完成的，由于磨齒加工效率太低，加工成本過高，尤其對(duì)一些大直徑，大模數(shù)的齒輪在加工上難度更大，從90年代開始推廣的“硬齒面滾齒”工藝，很快在機(jī)械加工行業(yè)中興盛起來。這種工藝，是采用一種特殊的硬質(zhì)合金滾刀，滲碳淬火后齒面硬度為HRC58-62的齒輪齒面進(jìn)行刮削，刮削精度可達(dá),到7級(jí)，達(dá)到齒輪的要求。它最大的特點(diǎn)是生產(chǎn)效率要比磨齒高5-6倍，除此以外，可對(duì)熱處理滲碳淬火齒輪過大的變形量進(jìn)行磨齒前的修刮，不僅消除了齒輪的變形量，保證了齒輪在磨齒加工中的平穩(wěn)，而且提高了磨削效率，保護(hù)了磨齒設(shè)備的精度。,齒輪精加工的新方法,那么，刮削工藝是怎樣形成的呢？,請(qǐng)參見后圖,齒輪精加工的新方法,齒輪精加工的新方法,不難看出滾刀設(shè)計(jì)的特殊性，是因?yàn)橛操|(zhì)合金滾刀雖然有著優(yōu)異的紅硬性和耐磨性，但是抗彎強(qiáng)度較低且韌性較差，對(duì)滾刀斷續(xù)加工的特點(diǎn)，其韌性更顯得不足，在滾齒過程中很容易發(fā)生崩刀和打刀，所以，只有改變滾刀切入方式，把前角設(shè)計(jì)成 -30大前角形成刀齒前面與切削速度方向斜交成一定的角度，使?jié)L刀切削刃先從齒根部開始切入，逐漸向齒頂擴(kuò)展，這種方法叫作斜角切入法，請(qǐng)看下圖,齒輪精加工的新方法,硬質(zhì)合金滾刀滾齒切入過程圖,齒輪精加工的新方法,采用以上斜角切入法有什么好處呢？,能降低切削力的大小和因斷續(xù)滾齒加工而引起的切削震動(dòng)，可以降低切削刃的沖擊載荷，提高了滾刀的耐用度,第一、,滾刀因?yàn)槭菑膶?duì)根部對(duì)齒輪開始切入的，這就相對(duì)加長(zhǎng)了切削刃的長(zhǎng)度，減小了刀齒的磨削量,第二、,齒輪精加工的新方法,我廠采用硬齒面制造工藝至今已有10多年的歷史，一直選用的是r -30的硬質(zhì)合金滾刀，滾齒范圍在m 4到m 14的齒輪，并可達(dá)到7級(jí)精度，像水泥車變速箱各種齒輪，都是刮削后裝配成套的。 實(shí)踐說明，無論在效率和精度還是加工成本，硬齒面刮削工藝都是十分理想的。 此外，除了精滾以外，刮削工藝還可以對(duì)較高精度的齒輪進(jìn)行半精加工，有效的緩解了我廠齒面磨削的難度。,齒 輪 圖 集 錦,格 里 森 弧 齒 加 工,齒 輪 圖 集 錦,插 齒 加 工,齒 輪 圖 集 錦,馬格雙面磨齒,謝 謝 光 臨,