齒輪加工工藝介紹

跟著近幾年齒輪加工技能的開展，齒輪資料、齒輪刀具制作和磨齒砂輪的工藝的改進(jìn)、齒輪機(jī)床在精加工齒輪的精度及加工功率方面都有了很大的進(jìn)步，速度之快出乎幻想。

跟著近幾年齒輪加工技能的開展，齒輪資料、齒輪刀具制作和磨齒砂輪的工藝的改進(jìn)、齒輪機(jī)床在精加工齒輪的精度及加工功率方面都有了很大的進(jìn)步，速度之快出乎幻想。而且齒輪制作的開展方向不僅涉及成熟的歐美市場(chǎng)，還包括以我國(guó)為代表的快速開展市場(chǎng)。

傳統(tǒng)高速鋼滾刀及濕切技能還能走多遠(yuǎn)？

硬質(zhì)合金滾刀和干切加工的推進(jìn)作用眾所周知。關(guān)于齒輪流水線大批量出產(chǎn)，高速鋼滾刀能否被硬質(zhì)合金滾刀取替?干切是否已成為滾齒加工的必由之路，仍是依然會(huì)走濕切之路?

硬質(zhì)合金滾刀盡管特別適用于滾削轎車用齒輪。但是，硬質(zhì)合金滾刀在歐洲的運(yùn)用程度依然不高,這是因?yàn)楦率降母咚黉撡Y料及刀具涂層技能的開展，硬質(zhì)合金滾刀與高速鋼滾刀在滾齒時(shí)刻上的距離可被控制在15%左右；硬質(zhì)合金滾刀價(jià)格較高，若齒輪工件數(shù)量缺乏夠多，運(yùn)用硬質(zhì)合金滾刀的本錢會(huì)很高；再者，運(yùn)用硬質(zhì)合金滾刀時(shí)要特別當(dāng)心，而且滾切參數(shù)和相應(yīng)滾齒程序要編制得很詳盡，只要現(xiàn)代滾齒機(jī)才干運(yùn)用硬質(zhì)合金滾刀正確滾齒，而若要更新滾齒設(shè)備,則需求巨大的投資。就 Samputensili而言，每年約出產(chǎn)25000把滾刀，其中硬質(zhì)合金類只占3%左右。這就是說(shuō)，硬質(zhì)合金滾刀每年的出產(chǎn)量多為750把。

齒輪干切加工則是另外一回事。因?yàn)榄h(huán)保要求及處理冷卻廢液的費(fèi)用很高，歐洲、美國(guó)和日本的用戶在挑選時(shí)一般會(huì)考慮干切滾齒；而在我國(guó)、印度等開展我國(guó)家，控制污染盡管也是一個(gè)火急的要求，但需求時(shí)刻。一旦社會(huì)對(duì)污染問(wèn)題的控制日益嚴(yán)厲后，齒輪干切加工也將會(huì)敏捷開展起來(lái)。

哪一種齒輪精加工更流行

關(guān)于齒輪精加工，剃齒和磨齒之間，哪一種齒輪精加工更流行呢?

這首先要把一種職業(yè)與另一種職業(yè)區(qū)分開來(lái)。比方說(shuō)，轎車工業(yè)運(yùn)用的齒輪絕大多數(shù)還依托剃齒進(jìn)行加工。有些企業(yè)也會(huì)對(duì)后端傳動(dòng)裝置齒輪進(jìn)行磨削加工，這只是是為了消除環(huán)形圓柱齒輪上發(fā)生的任何變形。

上述提到的齒輪加工時(shí)刻削減，首要?dú)w功于新式齒輪刀具、現(xiàn)代齒輪機(jī)床的開展及由此帶來(lái)的精加工余量大幅削減和磨前齒輪質(zhì)量的進(jìn)步。另外，與磨齒機(jī)比較，現(xiàn)代數(shù)控剃齒機(jī)常是價(jià)半功倍，可獲得熱處理前的齒輪等級(jí)(高達(dá)DIN5-6等級(jí))；而且與齒輪螺紋磨床磨削比較，加工周期也較短。

關(guān)于轎車工業(yè)的齒輪，尤其是那些用在主動(dòng)變速器的小齒輪，咱們可以將剃齒加工后熱處理形成的變形控制在幾個(gè)微米；另外，經(jīng)過(guò)齒形和齒向的批改有助于補(bǔ)償變形。因?yàn)楝F(xiàn)代剃刀刃磨機(jī)的出現(xiàn)，如Samputensili公司所產(chǎn)生的S400GS，齒形、齒向兩個(gè)參數(shù)可快速簡(jiǎn)略修形；批量出產(chǎn)的時(shí)分，剃齒加工比磨削的優(yōu)點(diǎn)多許多，比較較而言，剃齒既能保證質(zhì)量，價(jià)格又合理。

Samputensili 是齒輪機(jī)械職業(yè)名列前茅的公司之一，近年來(lái)其制作的剃刀還沒顯示出緩慢增產(chǎn)的征兆。與此同時(shí)，齒輪磨削機(jī)床出產(chǎn)數(shù)量也在不斷上升。齒輪加工工藝的飛速開展，齒輪機(jī)床所的操作快速，齒輪磨輪也有了敏捷開展。這首要表現(xiàn)在陶瓷磨具、CBN砂輪、電鍍磨輪等方面。用上述磨具來(lái)進(jìn)行齒輪磨削加工，使加工周期縮短。

正因?yàn)榧庸ぶ芷谥鸩娇s小，齒輪磨削加工的本錢也隨之大幅降低。需求指出的是，有些工業(yè)對(duì)齒輪質(zhì)量的要求很高，有的工業(yè)需求實(shí)現(xiàn)特別的齒形，所以必須經(jīng)過(guò)磨削來(lái)完成。例如，重貨車工業(yè)、航空工程以及用于發(fā)電、變電的減速器工業(yè)，都依托磨削去做齒輪精加工。在這些大功率工業(yè)中，齒輪磨削已處于決對(duì)優(yōu)勢(shì)。

齒輪批量出產(chǎn)的新技能

齒輪的質(zhì)量要求越來(lái)越高，變速噪音要求越來(lái)越低。要到達(dá)質(zhì)量、噪音的兩層目標(biāo)，這就要求進(jìn)行精度更高的齒輪加工，實(shí)現(xiàn)極為復(fù)雜的齒輪齒向和齒形，意圖是把變速傳動(dòng)的誤差降到蕞小。這意味著，在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，磨削依然是齒輪成批出產(chǎn)的首要辦法，齒輪磨削這項(xiàng)加工工藝或許會(huì)愈加廣泛運(yùn)用。但要特別注意齒輪加工的單位本錢。至今，本錢低、收效大的剃齒帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。磨削在齒輪精加工中取得圓滿成功時(shí)，剃齒才或許大規(guī)模地被它替代。總歸，不管挑選哪一種齒輪加工辦法，都要多注意實(shí)際運(yùn)用情況。

鑒于滾齒加工現(xiàn)在取得了相當(dāng)大的開展，很有或許滾齒后所獲的也不再需求進(jìn)行剃齒。齒輪燒結(jié)技能的進(jìn)一步開展對(duì)齒輪制作也做出較大的貢獻(xiàn)，但是此辦法現(xiàn)在正在處于萌芽狀況，很難經(jīng)確預(yù)測(cè)未來(lái)開展趨勢(shì)。

正如上面所說(shuō)，盡管齒輪加工技能開展變化很大，但是齒輪的單位加工本錢肯定不會(huì)改動(dòng)。在大批量流水出產(chǎn)線上，齒輪加工結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)該以這個(gè)參數(shù)為導(dǎo)向。新工藝的開展關(guān)于質(zhì)量、精度的進(jìn)步大有裨益。跟著齒輪產(chǎn)品技能的精細(xì)化，對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵要素的要求越來(lái)越嚴(yán)厲。盡管滿意這么高的要求非常難，咱們也必須要追求高規(guī)范。但是，光著眼于高指標(biāo)還不夠，咱們更要重視的是到達(dá)價(jià)廉物美的規(guī)范，不然再好的齒輪新工藝、新功能也不會(huì)遭到市場(chǎng)的歡迎，齒輪技能開展水平也不會(huì)進(jìn)而改進(jìn)。在技能含量高的職業(yè)上，應(yīng)該同時(shí)并存工藝精密和價(jià)格合理的趨勢(shì)。

齒輪是工業(yè)出產(chǎn)中的重要根底零件，其加工技師和加工能力反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。實(shí)現(xiàn)齒輪加工數(shù)控傾和主動(dòng)化、加工和檢測(cè)的一體化是現(xiàn)在齒輪加工的開展趨勢(shì)。而且，齒輪被廣泛地運(yùn)用于機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)體系中，滾齒是運(yùn)用廣的切齒辦法，傳統(tǒng)的機(jī)械滾齒機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，一臺(tái)主電機(jī)不僅要驅(qū)動(dòng)展成分度傳動(dòng)鏈，還要驅(qū)動(dòng)差動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)鏈，各傳動(dòng)鏈中的每一個(gè)傳動(dòng)元件自身的加工誤差都會(huì)影響被加工齒輪的加工精度，同時(shí)為加工不同齒輪，還需求更換各種掛輪調(diào)整起來(lái)復(fù)雜費(fèi)時(shí)，大大降低了勞動(dòng)出產(chǎn)率。

以國(guó)外數(shù)控體系為干流的數(shù)控滾齒機(jī)的出現(xiàn)，大大進(jìn)步了齒輪加工能力和加工功率。我國(guó)現(xiàn)在真正能夠出產(chǎn)數(shù)控滾齒機(jī)的廠家較少，且運(yùn)用的多是德國(guó)西門子數(shù)控體系，加工中模數(shù)齒輪，沒有自主產(chǎn)權(quán)的核心技能，缺少國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。在這樣的布景下，海德盟數(shù)控專心于滾齒機(jī)體系的研發(fā)，為齒輪加工職業(yè)規(guī)劃出專業(yè)的解決方案，真正的做到了讓我國(guó)人用上自己高擋數(shù)控體系!

在德國(guó)刀具制作商Horn公司每?jī)赡昱e辦一次的“技術(shù)開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國(guó)圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的全進(jìn)程。

Horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉(zhuǎn)位刀片。圖1中的旋轉(zhuǎn)展臺(tái)展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)Y(jié)而成的刀片進(jìn)行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來(lái)自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結(jié)合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實(shí)驗(yàn)室對(duì)質(zhì)料進(jìn)行的檢驗(yàn)檢測(cè)后，對(duì)其進(jìn)行攪拌混合，直至達(dá)到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進(jìn)行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡(jiǎn)單，一般可采用如圖3所示的電動(dòng)軸向壓坯機(jī)壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經(jīng)過(guò)單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡(jiǎn)潔（如在燒結(jié)前無(wú)需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因?yàn)榈镀撃；蛟S比較困難（或許完全無(wú)法脫模）。Horn公司這臺(tái)壓坯機(jī)采用了機(jī)器人自動(dòng)裝料/卸件設(shè)備（見壓坯機(jī)左側(cè)）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機(jī)上成型。該機(jī)推擠原資料經(jīng)過(guò)一個(gè)模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動(dòng)芯軸銷，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)冷卻通道。在擠出成型機(jī)下部能夠看到，構(gòu)成的生坯呈長(zhǎng)條狀，還需要將其切成所需長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)清潔后再送去進(jìn)行預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長(zhǎng)條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預(yù)燒結(jié)工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個(gè)裝在流道上的刀片的3D設(shè)計(jì)圖）。該工藝所用的打針成型機(jī)能夠設(shè)置超過(guò)5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針?biāo)俣葹?m/sec，打針壓力蕞大可達(dá)2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機(jī)、壓坯機(jī)和擠出成型機(jī)相鄰的工區(qū)（見圖7）專門擔(dān)任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機(jī)床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標(biāo)磨床等機(jī)床，以及微噴砂體系、激光測(cè)量?jī)x和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等設(shè)備。

圖7

用擠出成型機(jī)或打針成型機(jī)成型的刀片生坯經(jīng)過(guò)清潔后，還必須進(jìn)行預(yù)燒結(jié)。這道工序耗時(shí)2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預(yù)固化。刀片毛坯經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)后，即可進(jìn)入燒結(jié)階段（用軸向壓坯機(jī)成型的毛坯無(wú)需預(yù)燒結(jié)，可直接進(jìn)行燒結(jié)）。經(jīng)過(guò)在1,350℃－1,550℃的高溫文可達(dá)100bar的氣體壓力下進(jìn)行燒結(jié)，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結(jié)進(jìn)程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構(gòu)成無(wú)孔隙的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外，燒結(jié)后刀片的體積大約會(huì)比燒結(jié)前縮小20％－22％（見圖8）。整個(gè)燒結(jié)進(jìn)程大約需要持續(xù)20小時(shí)才干完結(jié)。

圖8

經(jīng)過(guò)一系列計(jì)量室測(cè)試和質(zhì)量控制程序（包含掃描電鏡檢測(cè)、維氏硬度檢測(cè)、密度檢測(cè)、磁飽和度檢測(cè)等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運(yùn)送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機(jī)公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產(chǎn)廠的加工機(jī)床總數(shù)超過(guò)200臺(tái)，這些機(jī)床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準(zhǔn)備對(duì)其進(jìn)行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺(tái)涂層爐）進(jìn)行PVD或CVD涂層。完結(jié)涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務(wù)的許多員工都曾參加過(guò)企業(yè)自己的學(xué)徒訓(xùn)練計(jì)劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學(xué)徒已處于訓(xùn)練的高及階段。在參與手動(dòng)和數(shù)控加工之前，學(xué)徒們先要學(xué)習(xí)一些基本技能（如整理文檔）。

鉸孔加工

1  孔徑增大、差錯(cuò)大

依據(jù)具體情況恰當(dāng)減小鉸刀外徑；下降切削速度；恰當(dāng)調(diào)整進(jìn)給量或削減加工余量；恰當(dāng)減小主偏角；校直或報(bào)廢曲折的不能用的鉸刀；用油石細(xì)心修整到合格；操控?cái)[差在允許的范圍內(nèi)；挑選冷卻性能較好的切削液；安裝鉸刀前必須將鉸刀錐柄及機(jī)床主軸錐孔內(nèi)部油污擦凈，錐面有磕碰處用油石修光；修磨鉸刀扁尾；調(diào)整或替換主軸軸承；重新調(diào)整浮動(dòng)卡頭，并調(diào)整同軸度。

2  孔徑縮小

替換鉸刀外徑尺度；恰當(dāng)進(jìn)步切削速度；恰當(dāng)下降進(jìn)給量；恰當(dāng)增大主偏角；挑選潤(rùn)滑性能好的油性切削液；定時(shí)互換鉸刀，正確刃磨鉸刀切削部分；規(guī)劃鉸刀尺度時(shí)，應(yīng)考慮上述因素，或依據(jù)實(shí)際情況取值；作試驗(yàn)性切削，取適宜余量，將鉸刀磨尖利。

3  鉸出的內(nèi)孔不圓

剛性缺乏的鉸刀可選用不等分齒距的鉸刀，鉸刀的安裝應(yīng)選用剛性聯(lián)接，增大主偏角；選用合格鉸刀，操控預(yù)加工工序的孔方位公差；選用不等齒距鉸刀，選用較長(zhǎng)、較精細(xì)的導(dǎo)向套；選用合格毛坯；選用等齒距鉸刀鉸削較精細(xì)的孔時(shí)，應(yīng)對(duì)機(jī)床主軸空隙進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)向套的合作空隙應(yīng)要求較高；選用恰當(dāng)?shù)膴A緊方法，減小夾緊力。

4  孔的內(nèi)表面有明顯的棱面

減小鉸孔余量；減小切削部分后角；修磨刃帶寬度；挑選合格毛坯；調(diào)整機(jī)床主軸。

5  內(nèi)孔表面粗糙度值高

下降切削速度；依據(jù)加工資料挑選切削液；恰當(dāng)減小主偏角，正確刃磨鉸刀刃口；恰當(dāng)減小鉸孔余量；進(jìn)步鉸孔前底孔方位精度與質(zhì)量或添加鉸孔余量；選用合格鉸刀；修磨刃帶寬度；依據(jù)具體情況削減鉸刀齒數(shù)，加大容屑槽空間或選用帶刃傾角的鉸刀，使排屑順利；定時(shí)替換鉸刀，刃磨時(shí)把磨削區(qū)磨去；鉸刀在刃磨、運(yùn)用及運(yùn)送過(guò)程中，應(yīng)采納保護(hù)措施，防止碰傷。

6  鉸刀的運(yùn)用壽命低

依據(jù)加工資料挑選鉸刀資料，可選用硬質(zhì)合金鉸刀或涂層鉸刀；嚴(yán)格操控刃磨切削用量，防止稍傷；常常依據(jù)加工資料正確挑選切削液；常常清除切屑槽內(nèi)的切屑，用足夠壓力的切削液，通過(guò)精磨或研磨到達(dá)要求。

7  鉸出的孔方位精度超差

定時(shí)替換導(dǎo)向套；加長(zhǎng)導(dǎo)向套，進(jìn)步導(dǎo)向套與鉸刀空隙的合作精度；及時(shí)修理機(jī)床、調(diào)整主軸軸承空隙。

8  鉸刀刀齒崩刃

修正預(yù)加工的孔徑尺度；下降資料硬度或改用負(fù)前角鉸刀或硬質(zhì)合金鉸刀；操控?cái)[差在合格范圍內(nèi)；加大主偏角；注意及時(shí)清除切屑或選用帶刃傾角鉸刀；注意刃磨質(zhì)量。

9  鉸刀柄部折斷

修正預(yù)加工的孔徑尺度；修正余量分配，合理挑選切削用量；削減鉸刀齒數(shù)，加大容屑空間或?qū)⒌洱X空隙磨去一齒。

10  鉸孔后的孔中心線不直

添加擴(kuò)孔或鏜孔工序校正孔；減小主偏角；調(diào)整適宜的鉸刀；調(diào)換有導(dǎo)向部分或加長(zhǎng)切削部分的鉸刀。