工程機(jī)械的齒輪軸加工工藝探究

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摘要：在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的當(dāng)下，擴(kuò)大了基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模，也隨之提高了工程機(jī)械的需求量。在工程機(jī)械中，齒輪軸是支撐式回轉(zhuǎn)零件，有著非常重要的作用，能夠達(dá)到齒輪和其他零件的回轉(zhuǎn)，同時(shí)也能夠在較長(zhǎng)距離上傳遞動(dòng)力與力矩，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、有較長(zhǎng)的使用壽命和較高的傳動(dòng)效率，廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械中，在很大程度上關(guān)系著工程機(jī)械的正產(chǎn)運(yùn)行。本文主要針對(duì)工程機(jī)械中齒輪軸的具體加工工藝進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；齒輪軸；加工工藝

在我國(guó)當(dāng)前提高工程機(jī)械需要量的情況下，必須重視工程機(jī)械中齒輪軸的加工工藝。通過(guò)研究其加工工藝，再實(shí)踐對(duì)其進(jìn)行完善和優(yōu)化，從而提高齒輪軸的使用壽命，更好地建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施。齒輪軸的加工工藝主要涉及選擇何種制作材料、滾齒的工藝參數(shù)、安裝工裝夾具、熱處理方式等等，通過(guò)探究具體的加工工藝為改良提供技術(shù)支持。

1齒輪軸的零件結(jié)構(gòu)

為了更好地分析齒輪軸的加工工藝，以某種裝載機(jī)輸入性齒輪軸為例進(jìn)行分析。這種齒輪軸是階梯軸類(lèi)型的零件，如圖1所示，由不同形式幾何實(shí)體與幾何表面組成，包括了齒輪、環(huán)槽、凹槽、軸肩、圓弧面、圓柱面、花鍵等。齒輪軸精度的要求較高，加工輸入式齒輪有比較大的難度，必須正確選擇與分析加工齒輪時(shí)的一些問(wèn)題，比如齒形加工、熱處理、基準(zhǔn)、材料選擇等等，從而保證齒輪軸批量加工的質(zhì)量和數(shù)量都達(dá)到要求。比如一種經(jīng)典的齒輪軸即輸入齒輪軸，大多數(shù)的輸入齒輪軸外圓的表面尺寸要達(dá)到IT6~8級(jí)的精度，其表面的粗糙度應(yīng)該在Ra1.6到6.3之間，其位置精度一般是尺寸精度的三分之一到五分之一之間，齒輪精度等級(jí)是八級(jí)。

2齒輪軸的具體加工工藝

2.1選擇齒輪軸制作材料

應(yīng)用在傳動(dòng)機(jī)械里的齒輪軸，一般情況下使用的制作材料是較為優(yōu)質(zhì)的碳素鋼，使用型號(hào)是45鋼、20CrMnTi和40Cr型合金鋼[1]。通常選擇齒輪軸制作材料的要求是價(jià)格適宜，具有較好的耐磨性能，并且能夠達(dá)到材料對(duì)強(qiáng)度的要求。

2.2加工齒輪軸毛坯

因?yàn)閷?duì)齒輪軸有比較高的強(qiáng)度要求，為此在機(jī)械加工中直接使用圓鋼，會(huì)消耗比較大的勞動(dòng)量與材料，因此一般坯料使用的是鍛件。如果加工的齒輪軸尺寸比較大，自由鍛是比較好的選擇；如果齒輪軸尺寸是中小型的，模鍛件是比較好的選擇；而較小尺寸的齒輪有時(shí)會(huì)和軸一塊被制作成整體的毛坯。在制造毛坯時(shí)，假如鍛件毛坯是自由鍛件，加工標(biāo)準(zhǔn)是GB/T15826;如果毛坯是模鍛件，那么在加工機(jī)械余量時(shí)遵循的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T12362。在加工齒輪毛坯時(shí)要注意，鍛件的坯料不能出現(xiàn)鍛造缺陷，比如裂紋、龜裂、不均勻的晶粒等，依據(jù)國(guó)家評(píng)價(jià)鍛件的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施檢測(cè)。

2.3預(yù)備熱處理坯料和粗車(chē)

齒輪軸所用坯料大部分是優(yōu)質(zhì)的合金鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼，為使材料硬度得到有效增加，方便后期加工處理，進(jìn)行的熱處理方式是正火熱處理，也就是采用的正火工藝，其溫度達(dá)到960攝氏度，空冷，其硬度值在HB170到207之間。采用正火熱處理的優(yōu)點(diǎn)是一方面能夠?qū)㈠懠木Я＜?xì)化，晶體組織達(dá)到均勻狀態(tài)，另一方面是能夠?qū)㈠懺鞈?yīng)力效果有效消除掉，方便之后的熱處理。粗車(chē)工藝目的是為了將坯體表面加工余量切削掉，零件訂為所選擇的基準(zhǔn)決定了坯體表面加工順序。同時(shí)訂為基準(zhǔn)還會(huì)影響到齒輪軸零件自身特征、齒輪軸各個(gè)表面精度要求，齒輪軸零件的定位基準(zhǔn)一般是軸線，如此既能夠達(dá)到統(tǒng)一的基準(zhǔn)，也能夠重合設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。在實(shí)際生產(chǎn)里，定位的粗基準(zhǔn)是外圓，定位的精基準(zhǔn)是齒輪軸兩端上的頂尖孔，需要控制誤差在尺寸誤差五分之一到三分之一之間。在對(duì)毛坯進(jìn)行過(guò)預(yù)備熱處理之后，實(shí)施車(chē)削或者是銑削兩端面（依據(jù)畫(huà)線進(jìn)行找正），并且要將兩端的中心孔鉆出，之后可以實(shí)施粗車(chē)外圓。

2.4精加工外圓

精車(chē)加工工藝流程是將齒輪軸位于兩端的頂尖孔作為基準(zhǔn)，實(shí)施外圓精車(chē)加工。實(shí)際生產(chǎn)中，一般都是批量加工齒輪軸，為了使加工齒輪軸的質(zhì)量和效率得到有效提升，一般使用的方式是數(shù)控車(chē)削。利用這種方式是通過(guò)程序?qū)λ旋X輪軸加工質(zhì)量進(jìn)行控制，也能夠確保批量加工效率。零件在精車(chē)后能夠依據(jù)所工作的環(huán)境和對(duì)其的技術(shù)要求選擇要不要實(shí)施調(diào)質(zhì)處理，如此能夠?yàn)橹蟮谋砻鏉B氮處理與表面淬火打下良好基礎(chǔ)，使表面處理的變形得到有效減小。假如設(shè)計(jì)中提出不需要實(shí)施調(diào)質(zhì)處理，就能夠直接進(jìn)行滾齒操作。

2.5加工齒部和花鍵部

對(duì)工程機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)而言，傳遞力矩與功率的關(guān)鍵零件就是花鍵與齒輪，要求這兩個(gè)部位有較高精度。通常情況下，齒輪軸的齒輪采用的精度為7級(jí)到9級(jí)，齒輪如果達(dá)到了9級(jí)精度，滾齒刀與插齒刀都能夠達(dá)到齒輪的精度要求。然而，滾齒刀加工精度要比插齒加工精度高，同樣前者的效率也比后者高。假如齒輪達(dá)到了8級(jí)精度的要求，可能先加工插齒刀或滾齒刀，之后加工桁齒。假如齒輪達(dá)到的是7級(jí)精度，依據(jù)不同的齒輪加工批量大小實(shí)施不一樣的加工工藝，若齒輪生產(chǎn)是單件或小批量，那么可以先加工滾齒或插齒，之后實(shí)施高頻感應(yīng)式的加熱淬火和其他一些處理表面的方法，最后利用磨齒加工工藝達(dá)到要求的精度；若是加工大批量的齒輪，那么需要先加工滾齒，之后加工剃齒，再之后實(shí)施高頻感應(yīng)式加熱淬火，最后實(shí)施珩磨加工。如果齒輪要求淬火，就需要將圖紙要求加工精度的等級(jí)提升一級(jí)后，在實(shí)施加工操作，在淬火后齒輪精度會(huì)出現(xiàn)下降，如此之后才能保證滿足設(shè)計(jì)的精度要求。齒輪軸花鍵通常有兩種類(lèi)型，一種是矩形花鍵，一種是漸開(kāi)線花鍵，如果花鍵要求高精度，需要使用磨鍵齒與滾鍵齒。如今在工程機(jī)械中，漸開(kāi)線花鍵應(yīng)用比較廣泛，大多使用30度壓力角，加工大批量齒輪軸花鍵的步驟很繁瑣，要借助專(zhuān)用銑床實(shí)施加工；而加工小批量齒輪軸花鍵可以用上分度盤(pán)，專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員在銑床上實(shí)施加工。

2.6齒面硬化處理

齒輪軸表面與重要軸徑的表面一般都需要表面處理，其處理方式是表面淬火與滲碳處理。滲碳處理與表面淬火主要為了提高齒輪軸表面耐磨性與硬度，表面淬火可以取得1mm以上的淬火層深度，滲碳處理所使用的滲碳層通常深度是0.8-1.2mm，齒輪軸在經(jīng)過(guò)滲碳處理后，其芯部的塑性、韌性和強(qiáng)度不變,硬度可達(dá)HRC58~62。一般情況下，凹槽位置與花鍵齒位置等不需要實(shí)施表面處理，但是要實(shí)施進(jìn)一步精加工，因此在實(shí)施表面淬火處理或滲碳之前要在這些部位涂抹上涂料，厚度應(yīng)該在0.2mm-0.3mm之間。在完成表面處理之后敲擊使其脫落，在敲擊時(shí)要注意力度要小，以免對(duì)零件造成損害。在實(shí)施淬火處理時(shí)，要對(duì)冷卻介質(zhì)、冷卻速度、溫度等因素進(jìn)行控制，以免產(chǎn)生不良影響。在完成淬火后，要檢查有沒(méi)有出現(xiàn)彎曲和變形，如果出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，應(yīng)該將其校直到0.05之內(nèi)，如果變形較大，則需要采取應(yīng)力處理，以免再次出現(xiàn)變形。另外，在強(qiáng)度檢測(cè)輪齒危險(xiǎn)截面和齒根的圓角相切位置之間，對(duì)于一些重要齒輪軸，還需要依據(jù)國(guó)外相同類(lèi)型零件要求或者是用戶(hù)要求對(duì)齒心塑性和韌性進(jìn)行檢測(cè)[2]。

2.7其他表面的精加工

在對(duì)齒輪軸進(jìn)行過(guò)表面處理之后，要研磨其兩端頂尖孔，并把研磨后表面當(dāng)做精基準(zhǔn)，磨削齒輪軸其他重要表面和端面。同時(shí)也把齒輪軸兩端研磨后的頂尖孔當(dāng)做精基準(zhǔn)，精加工凹槽附近重要表面，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.8精加工齒面的工藝

齒面精加工基準(zhǔn)是齒輪軸兩端研磨后的頂尖孔，磨削齒面等位置，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精度。

3齒輪軸加工工藝流程

在總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，可以概括出工程機(jī)械中常用輸入齒輪軸的工藝流程：（1）下料；（2）鍛造；（3）正火處理；（4）粗車(chē)，依據(jù)工藝附圖；（5）精車(chē)（使用數(shù)控車(chē)，依據(jù)工藝附圖）；（6）粗滾齒與精滾齒；（7）銑花鍵；（8）去除毛刺；（9）滲碳和淬火處理；（10）校直；（11）研磨中心孔；（12）對(duì)重要的外圓表面和端面進(jìn)行磨削處理；（13）對(duì)凹槽附近的外圓等等重要表面實(shí)施車(chē)削；（14）磨齒；（15）檢驗(yàn)合格后入庫(kù)。齒輪軸的工藝流程與工藝要求是與不斷采用改進(jìn)工藝相伴而生的，逐漸發(fā)展出系統(tǒng)化、規(guī)范化的新技術(shù)和新工藝，并且應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐齒輪軸中，去報(bào)加工齒輪軸的效率與質(zhì)量，能夠?yàn)榧庸は嗨讫X輪軸提供參考。

4結(jié)語(yǔ)

分析齒輪軸的加工工藝，要依據(jù)裝配產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行，對(duì)齒輪軸的工作環(huán)境、用途和性能有所了解，明確其在齒輪中的具體位置、所起作用，對(duì)制定各項(xiàng)技術(shù)的條件依據(jù)進(jìn)行研究與了解，要找出關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)要求，從而采取最優(yōu)工藝措施確保加工齒輪軸的質(zhì)量。通過(guò)分析探討齒輪軸的各項(xiàng)加工工藝，總結(jié)齒輪軸生產(chǎn)實(shí)踐中加工效率與質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)的加工方案，為加工齒輪軸提供重要技術(shù)支持，也能夠?yàn)榧庸ゎ?lèi)似產(chǎn)品提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]祁晶，王華，范春仙，等.工程機(jī)械中齒輪軸的加工工藝探析[J].中國(guó)機(jī)械，2015(4)：51-52.

[2]王曉燕.預(yù)先熱處理對(duì)工程機(jī)械齒輪材料性能的影響研究[J].熱加工工藝，2016(14)：243-246.

[3]劉志鵬.花鍵齒輪軸的加工工藝及功能用途研究[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2012(11)：81.

作者:祝勇 單位:馬鞍山福永智能科技有限公司