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齿轮加工工艺讲座 讲课人 苏孟顺 2004年6月22日 我厂主要齿轮分类 普通齿轮工艺介绍 概述 我厂齿轮加工典型工艺 目录 齿轮精加工的新方法 1 概述 大家知道齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械传动 是传递机器动力和运动的一种形式 是机械产品的重要基础零部件 它与其他传动形式 像链传动 带传动 液压传动等 机械传动相比 具有功率范围大 传动效率高 圆周速度高 传动准确 使用寿命长 结构尺寸小等特点 因此 它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件 也是机器中所占比重最大的传动形式 齿轮传动在我国的发展是从渐开线齿廓起步的 渐开线齿轮在技术上最成熟 应用最具备条件 使用的也最广泛 在机械设计中占有主导地位 由于齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械产品的性能和质量 因此 齿轮在工业发展中的地位一直比较突出 被公认为是工业化的一种象征 概述 我厂设计制造齿轮部件已有近40年的历史 随着技术的更新 齿轮制造水平在不断的改善和提高 各种规格也在不断扩大 齿轮的制造精度也由原来的8级提高到5 6级 多项指标和总成综合质量的测试 均达到了国内先进水平 齿轮设计和制造已成为我厂的主业配套 其模数可以从0 5mm到24mm 齿廓有渐开线 双圆弧和鼓形齿多种形式 能制造直齿 斜齿 标准齿轮 双圆弧人字齿轮 准双曲面和正交螺旋锥齿轮 直齿锥齿轮等多品种并拥有各种齿轮加工设备以及近千种齿轮刀具 形成了一个较完整的齿轮制造基地 2 我厂主要齿轮分类 我厂主要齿轮分类 我厂在齿轮设计和制造上 主要是围绕石油钻采 固压设备机械传动的需要 大致可分为以下三大类 第一类 渐开线齿形齿面硬度为HRC58 62的硬质齿面传动 其材料为低碳合金钢 齿面最终由 硬质合金滚刀刮削 和 齿面磨削 来完成 这种硬齿面传动主要用于修井机各齿轮传动箱机构 像压裂泵的较大的齿轮材料选用中碳合金钢 齿坯调质滚齿后 经热处理对齿面氮化处理提高齿面硬度 我厂主要齿轮分类 第二类 双圆弧人字齿形齿面硬度为HRC28 32的软齿面传动 其材料为中碳合金钢 齿坯经调质直接滚齿成 这种人字齿轮传动制造工艺比较严格 对齿形误差精度和左右对称精度要求都比较高 由于齿形精度主要取决于滚刀的精度 因此 双圆弧齿轮滚刀的制造成本也特别高 此种双圆弧人字齿轮传动由于运动平稳 噪声低 传递精度高 而被长期用在各种压裂泵动力端传动 比如180泵 DS泵等 我厂主要齿轮分类 第三类 格里森制 准双曲面和正交螺旋锥齿轮 该类齿轮材料选用低碳合金钢 也有选用中碳合金钢 齿面氮化处理 齿面硬度HRC58 62 属硬齿面传动 工艺上为了减少最终热处理的变形 在齿坯粗加工后 再经热处理进行时效处理 齿形是在美国格里森铣齿机床上 用 全过程切齿加工法 完成 在其他锥齿轮铣齿机床选用其他切齿法或锥齿轮拉齿机床也可完成齿形制作 3 普通齿轮加工工艺介绍 齿轮制造工艺方案 主要是依据不同类型的齿廓形状 齿面硬度结构形式 精度与生产条件来确定的 一般来说包括以下5个阶段 材料准备 齿坯加工 齿形加工 齿面热处理 齿面加工 普通齿轮工艺介绍 具体工艺主要内容如下 普通齿轮工艺介绍 齿形加工主要方法 普通齿轮工艺介绍 其他加工 齿形热处理主要方法 普通齿轮工艺介绍 齿形精加工主要方法 根据我厂齿轮制造的实际结构和精度 要求其加工工艺如下 我厂常用的带有内花键定位的盘状齿轮材料常选用20CrMoTi 渗碳层1 8 2 2mm 齿面硬度为HRC58 62 在确定具体加工工艺内容时 着重考虑确定两项精度 1 是齿轮各部分对中心轴线的形状精度 2 必须消除经热处理渗碳淬火后的热变形 对齿 4 我厂齿轮加工典型工艺 轮精度的影响 在确定工艺基准时 首先应该选定内花键的大径尺寸为加工工艺基准 这是因为内花键的加工 都是花键拉刀拉制而成的 而拉刀的外径尺寸精度比较高 拉出的花键大径尺寸比较稳定和可靠 完全可以作为齿坯加工的工艺基准 无论是矩形花键孔或是渐开线花键孔却是一样 如后图所示 我厂齿轮加工典型工艺 我厂齿轮加工典型工艺 渐开线花键示意图 我厂齿轮加工典型工艺 矩形花键示意图 D d 我厂齿轮加工典型工艺 下面讲讲这种齿轮的具体加工工艺 齿轮全图 我厂齿轮加工典型工艺 毛坯锻造成形 热处理正火处理 粗车1 内孔尺寸一般设计为装配基准 在设定内孔粗车尺寸时一般是按花键拉刀的前导向尺寸确定 比图纸设计尺寸减小0 5 0 6mm 做为热处理后的精磨余量 2 选用拉床定位的端面时应尽量选用大端面 而且要求同内孔一次裝夹车成 保证其垂直精度 3 齿坯的其余部分可在粗车加工时留有一定的精车余量 拉花键拉内花键用大端面和内孔定位拉制 精车1 选用内花键的大径尺寸D定位 2 用车工专用 花键微锥芯轴一次定位加工 在工件调头加工时 可随芯轴一起整体调头加工完成后 再拆卸工件 我厂齿轮加工典型工艺 花键芯轴 我厂齿轮加工典型工艺 车工用微锥花键芯轴 实际上是一个圆柱微锥芯轴 因为在设计芯轴时 已把花键的键宽和小径尺寸减小了0 5 0 7mm 渐开线花键的齿厚减小0 5 使花键芯轴完全靠外径和微锥来定位锁紧齿坯的 这样主要是为了排除多点接触对精度的干涉 滚齿滚齿的定位仍使用花键大径和大端面为工艺基准齿厚为粗切加工 磨削余量可按后表选择 我厂齿轮加工典型工艺 磨削余量表 钳轮幅钻孔齿廓倒角 一般是指齿高的两端和沿齿长的齿顶2 45 倒钝 我厂齿轮加工典型工艺 热处理按热处理工艺渗碳淬火 磨1 由于齿轮在渗碳淬火的热处理过程中会产生热变形 变形量大小不一 变形位置一般在孔的收缩或涨大和盘状的翘曲变形 2 为了消除热变形 对齿轮各部加工的影响可按下列方法消除 a 仍以内花键大径为定位基准 上花键芯轴 对齿轮的外径和大端面一次裝夹后 磨光 磨去的 便是变形量 因为这是微量磨削 一般是不会造成尺寸变化的 这样 可以在工艺上保证两个精度 即齿节圆对内花键的同轴度和齿端面对内花键的垂直度 我厂齿轮加工典型工艺 b 在内圆磨床上 将齿轮的大外圆和大端面的跳动同时校正在0 03mm以内 把花键内孔磨成 c 在以内孔和大端面定位磨齿面为成品尺寸 以上三步的做法主要为了保证齿轮各部位对内花键的形位精度 避免由于热处理变形而造成的内花键大径和小径的偏心 而影响装配 成品包装 齿轮的加工是这样 同类零件 凡有内花键结构的 都可以按照此工艺加工 例如 修井机各种联接法兰 内孔有矩形和渐开线花键的 全都可以在半精车后拉内花键 在上花键微锥芯轴一次装夹精车完成 我厂齿轮加工典型工艺 实例 连接法兰 材料45 调质硬度HRC28 32 内孔为渐开线花键 其示意图如右所示 我厂齿轮加工典型工艺 我厂齿轮加工典型工艺 5 齿轮精加工的新方法 齿轮精加工的新方法 最后向大家简单介绍一种齿轮精加工方法 硬齿面刮削法 随着科学技术进步和技术改造的不断深入 齿轮加工有了长足的发展 像硬齿面的加工 原来只是经过齿面磨削加工完成的 由于磨齿加工效率太低 加工成本过高 尤其对一些大直径 大模数的齿轮在加工上难度更大 从90年代开始推广的 硬齿面滚齿 工艺 很快在机械加工行业中兴盛起来 这种工艺 是采用一种特殊的硬质合金滚刀 渗碳淬火后齿面硬度为HRC58 62的齿轮齿面进行刮削 刮削精度可达 到7级 达到齿轮的要求 它最大的特点是生产效率要比磨齿高5 6倍 除此以外 可对热处理渗碳淬火齿轮过大的变形量进行磨齿前的修刮 不仅消除了齿轮的变形量 保证了齿轮在磨齿加工中的平稳 而且提高了磨削效率 保护了磨齿设备的精度 齿轮精加工的新方法 那么 刮削工艺是怎样形成的呢 请参见后图 齿轮精加工的新方法 齿轮精加工的新方法 不难看出滚刀设计的特殊性 是因为硬质合金滚刀虽然有着优异的红硬性和耐磨性 但是抗弯强度较低且韧性较差 对滚刀断续加工的特点 其韧性更显得不足 在滚齿过程中很容易发生崩刀和打刀 所以 只有改变滚刀切入方式 把前角设计成 30 大前角形成刀齿前面与切削速度方向斜交成一定的角度 使滚刀切削刃先从齿根部开始切入 逐渐向齿顶扩展 这种方法叫作斜角切入法 请看下图 齿轮精加工的新方法 硬质合金滚刀滚齿切入过程图 齿轮精加工的新方法 采用以上斜角切入法有什么好处呢 能降低切削力的大小和因断续滚齿加工而引起的切削震动 可以降低切削刃的冲击载荷 提高了滚刀的耐用度 第一 滚刀因为是从对根部对齿轮开始切入的 这就相对加长了切削刃的长度 减小了刀齿的磨削量 第二 齿轮精加工的新方法 我厂采用硬齿面制造工艺至今已有10多年的历史 一直选用的