齒輪加工工藝及其發展研究

陳曉東 梅軍炎

【摘 要】目前我國齒輪制造工藝技術無論從毛坯到生產制造過程、還是從工藝方法到產品精度的整個制造過程的制造理念都發生了深刻變化。了解這種發展和變化，對掌握我們國內的齒輪加工發展方向，促進企業技術進步有著非常重要的現實意義。為了最大限度提高齒輪加工質量，文中對齒輪加工工藝進行了總結分析，并對其技術的未來發展趨勢進行綜述。

【關鍵詞】齒輪加工 工藝流程 精加工 發展趨勢

1 齒輪基準的選擇

對于齒輪加工基準的選擇常因齒輪的結構形狀不同而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂點孔定位；對于空心軸，則在中心內孔鉆出后，用兩端孔口的斜面定位；孔徑大時則采用錐堵。頂點定位的精度高，且能作到基準重合和統一。對帶孔齒輪在齒面加工時常采用以下兩種定位、夾緊方式。

1.1以內孔和端面定位

這種定位方式是以工件內孔定位，確定定位位置，再以端面作為軸向定位基準，并對著端面夾緊。這樣可使定位基準、設計基準、裝配基準和測量基準重合，定位精度高，適合于批量生產。但對于夾具的制造精度要求較高。

1.2以外圓和端面定位

當工件和加劇心軸的配合間隙較大時，采用千分表校正外圓以確定中心的位置，并以端面進行軸向定位，從另一端面夾緊。這種定位方式因每個工件都要校正，故生產率低；同時對齒坯的內、外圓同軸要求高，而對夾具精度要求不高，故適用于單件、小批生產。

2 齒輪加工工藝流程

2.1齒輪的粗加工

齒輪的粗加工是為了去除加工余量，為半精加工確定基準，同時進行輪齒的粗加工。齒輪粗加工要選擇好基準，基準的確定對以后各加工表面加工余量的分配、加工表面與非加工表面的相對位置有較大的影響。挖跟齒輪輪齒粗加工選擇滾齒加工。確定滾齒分度圓齒厚時，要考慮磨齒時的碳層減薄量，一般磨齒余量單邊不大于0.2mm；由于滾齒和磨齒不是采用同一加工基準，因此在滾齒時對輪齒齒形跳動量也要加以限制，避免磨齒時余量不一致，造成齒面滲層不均勻而減小齒面耐磨性。

2.2齒輪的熱處理

齒輪輪體和輪齒部位經過粗加工后，為了達到設計圖要求，一般要進行熱處理，例如輪齒滲碳、淬火、氰化、氮化等，以改善材料的機械性能，滿足使用要求。挖跟齒輪采用的是滲碳、淬火處理。采用余量保護法，滲碳后要進行半精加工，去除保護余量，再進行淬火。

2.3齒輪的半精加工

半精加工主要完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做準備。半精加工主要是車削、磨削、精加工基準的修正等。滲碳淬火中用余量保護的齒輪，其滲碳、淬火分成兩道工序，中間要進行去除保護余量的半精加工。

3我國齒輪加工工藝發展分析

3.1毛坯原材化

毛坯是生產的基礎，也是整個工藝設計的出發點。為了獲得高性能的產品、減小熱處理變形，我們要控制毛坯的金相組織等各項指標。目前普遍采用鍛造毛坯，鍛造后進行正火或等溫正火等預熱處理方法。在歐洲考察期間，我們注意到歐洲的齒輪生產廠家，包括知名廠家，很少用鍛件毛坯，從齒輪軸、花鍵軸到盤形齒輪，甚至300mm以上直徑的弧齒錐齒輪大多都采用圓鋼下料。有的甚至不經下料，直接用幾米長的圓鋼在車床上完成齒坯加工后再截斷。毛坯原材化可以降低成本和縮短生產周期。毛坯不經鍛造，可以節約的成本包括鍛打費、預熱處理費、材料加熱氧化損耗費、運輸費等。直接采用原材料代替鍛造毛坯，一般可節約毛坯費用20%以上，生產周期可以縮短10天左右。對于高精度的齒輪，毛坯原材化的前提是高品質的原材料和完備的熱后加工手段。

3.2再制造技術

齒輪加工機床設計開發過程中，應從全生命周期角度出發，充分考慮機床資源的循環重用，采用可拆卸回收性設計以及模塊化設計等方法，便于機床報廢后進行再制造及技術提升。齒輪加工機床具有較高的回收利用價值，可重用部件資源回收利用率較高，而且再制造成本較低，如再制造滾齒機成本僅為同種技術水平的新滾齒機的50～60%。通過再制造，機床大量零部件得以重用，避免制造這些零部件的過程（鑄造、焊接、切削加工和熱處理等）中的環境污染及資源、能源消耗，也避免了對這些零部件進行回收處理過程的資源消耗與環境污染。

3.3質量控制SPC化

SPC（Statistical Process Control）是檢測和控制工藝過程的一種方法，是為了用最小的費用成本，保證生產出精度具有高度一致性的產品。SPC通過檢測制造過程收集加工數據進行統計分析，不受人為的主觀因素影響，及時發現引起加工精度變化的根本原因。SPC可以預示是否需要調整加工過程，如調整工裝夾具、改變工藝參數等。當檢測點落在上警告線UWL和下警告線LWL之間時，說明生產過程穩定；當檢測點落在上警告線UWL與上控制線UCL之間，或下警告線LWL與下控制線LCL之間時，說明加工系統出現問題，但仍可繼續生產，需要加大檢測頻次；當檢測點落上控制線UCL以上或下控制線LCL以下時，說明生產過程必須停下檢查，尋找加工系統不穩定的原因，進行工藝參數調整等，從而保證生產出質量穩定的產品零件。

3.4齒面精加工熱后化

齒面精加工采用的工藝方法主要有剃齒、磨齒、珩齒、刮齒。除剃齒外，其他3種工藝方法都是在熱后加工。但是剃齒調整方便、加工效率高，投資少，成本低，因此應用最廣，是最主要的齒面精加工方法。但是剃齒不能進行硬態加工，為了消除熱處理變形的影響，剃

齒一般要比產品精度高半級到一級。目前，剃齒雖然仍是非常重要的齒形精加工方法，但是越來越多地為磨齒、刮齒所代替。磨齒主要采用蝸桿砂輪磨和成形磨，刮齒是在熱后再次對齒輪進行滾齒加工，熱后加工成的齒輪精度即是零件的最終精度，不用擔心熱處理變形問題。這樣可以減少為防止熱處理變形而提高原材料（毛坯）的成分、金相組織等的技術要求，降低毛坯成本和加工成本。

4結語

總之，齒輪的加工過程是由若干工序組成的。為了獲得符合精度要求的齒輪，整個加工過程都是圍繞著齒形加工工序服務的。如今，齒輪加工正朝著高效、高精度及綠色制造方向發展，齒輪加工也正朝著全數控、功能復合、智能化、自動化及信息化方向發展。廣大技術工作者要抓住這一發展趨勢，更好地為我國的齒輪加工行業提供高效、復合、智能的技術服務。

參考文獻：

[1]李文，王曉慧.基于工藝尺寸式的工藝方案優化設計[J].裝備制造技術，2011，01.

[2]王敏，徐濱士，王曉慧.毛坯尺寸基準設計方法研究[J].機床與液壓，2011，05.