圆柱齿轮工艺技巧

2024-08-27

圆柱齿轮工艺技巧（共4篇）

圆柱齿轮工艺技巧篇1

一、齿轮及其发展

齿轮是指轮缘上有齿能偶连续啮合传递运动和动力的机械元件, 它在机械传动以及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮的历史可以追溯到公元前400年, 我国陕西出土的青铜器齿轮是至今为止发现的最早的齿轮;我国古代科技成就之一的司南车 (又称指南车) 便是以齿轮机构为核心的机械装置;17世纪末, 人们才开始研究能正确传递运动的齿轮形状;18世纪, 欧洲的工业革命带动了齿轮传动的应用与发展, 先是摆线齿轮, 这一技术使得齿轮的平衡性得到了加强, 然后是渐开线齿轮, 至20世纪初, 渐开线齿轮在传动中的应用已占据了优势地位。

二、齿轮的结构和种类

1. 齿轮的结构。

齿轮的结构包括轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆等部分。

2. 齿轮的分类。

按照不同的分类标准, 齿轮可以分为不同的类型。常见的分类标准有齿形、齿轮外形、齿线形状、齿轮所在的表面和制造方法等。

齿轮的齿形有齿廓曲线、压力角、齿高和变位等参数。根据这些参数的不同, 可以将齿轮分为不同的类型。渐开线齿轮比较容易制造, 因而在现代的齿轮使用中所占比例较大;摆线齿轮和圆弧齿轮由于制造困难, 其实际应用范围就小。小压力角齿轮的承载能力小;大压力角齿轮承载能力较高, 但在传递转矩相同的时候, 轴承的负荷会增大, 因此仅用于特殊情况。变位齿轮的优点较多, 已经广泛应用于各类机械设备中。

按齿轮的外形可以将其分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆涡轮等;按齿现外形又可将其分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮等;按其所在的表面又可分为外齿轮、内齿轮等;按制造方法可分为铸造齿轮、切割齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。

三、齿轮加工工艺

1. 渐开线齿轮加工工艺。

渐开线齿轮加工方法有两种, 一种是仿形法, 即用成型铣刀铣出齿轮的齿槽。另一种是范成法, 也称展示法, 展示法又可分为滚齿机滚齿、铣床铣齿、插床插齿、冷打击打齿、刨齿机刨齿、精密铸齿、磨齿机磨齿、压铸机铸齿、剃齿机剃齿等。本文, 笔者主要介绍几种常见的齿轮加工工艺。

(1) 滚齿。滚齿, 又叫滚切齿轮, 是指用齿轮滚刀或蜗轮滚刀按展成法加工而成的齿轮。可以将滚齿看做无啮合间隙的齿轮与齿条的传动。当滚齿旋转一周时, 相当于齿条在法向移动一个刀齿, 滚刀的连续传动, 犹如一个无限长的齿条在连续移动。当滚刀与滚齿坯间严格按照齿轮与齿条的传动比强制啮合传动时, 滚刀刀齿在一系列位置上的包络线就形成了弓箭的渐开线齿形。随着滚刀的垂直进给, 即可滚切出所需的渐开线齿廓。

(2) 插齿。插齿, 是指用插齿刀按展成法或成型法加工内外齿轮或齿条等的齿面而得到的齿轮。从插齿这一过程的工作原理上来分析, 插齿刀相当于一对轴线互相平行的圆柱齿轮相啮合, 插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。它固定在插齿机的主轴上, 主轴有往复运动, 并围绕本身的轴线转动, 插齿刀在每一个工作行程中切去一定的金属, 在范成运动中将轮坯切成所需要的齿形。

(3) 剃齿和磨齿。剃齿和磨齿这两种齿轮的加工方式都属于精加工的范围。剃齿使用剃齿刀对齿轮或涡轮等的吃面进行精加工;磨齿是指用砂轮按展成法或成型法磨削齿轮或齿条等的齿面。剃齿在热处理前进行, 磨齿在热处理后进行。剃齿以平行轴剃齿和对焦剃齿最为常见, 此外, 近几年, 径向剃齿也开始逐渐发展起来。由于径向剃齿制作径向进给运动而省去了轴向或者对焦的进给, 因此大大地提高了剃齿的效率。磨齿作为高精度齿轮的加工手段, 具有重要的地位, 但是与以前相比, 磨削方式发生了很大的转变, 瑞士马格公司的双砂轮磨齿机的磨齿方式已经成为了历史, 取而代之的是蜗杆砂轮磨齿和成形磨齿技术

3. 其他齿轮加工工艺。

除了上述的滚、插、剃、磨这四种主要的齿轮加工工艺外, 还有倒棱、倒角、内齿套零件加工、小模数花键冷轧以及硬面加工等工艺。倒棱是指对钢锭的棱边轻轻锻压, 以清楚棱角的一道加工工序。倒角是指把工件的棱角切削成一定的斜面。内齿套零件加工有两方面要求, 即加工间隔缺块和倒锥齿。小模数花键冷轧工艺的加工方法分为内外两方面, 外花键主要有铣、滚、插、磨等工艺, 内花键主要有插和拉等工艺, 一般模数小于2 mm, 齿形角大于25°的都能轧制。硬齿面加工则除了磨齿和硬齿面滚齿外, 还有车齿、硬剃和珩齿。

四、结论

由于齿轮传动的广泛运用, 使得齿轮的发展受到了人们的普遍关注, 虽然我国的齿轮加工技术和工艺相对以前来说都有了很大的提升和进步, 如笔者所在的齿轮厂加工的三装零件1604.41.151 (主动毂) 及5125009 (齿座) , 采用先钻孔, 后制齿及加工间隔缺块的生产工艺, 可以有效去除钻孔的毛刺;SZ804.37.102齿槽窄, 插齿后毛刺多, 去除困难, 增加车床去除齿槽毛刺工序, 可以有效提高产品质量。但是与国外的相比, 我国齿轮的加工工艺还有很多不足, 相关人员要合理借鉴国外齿轮加工的新工艺, 为我国齿轮加工事业的发展贡献力量。

焊接大齿轮工艺探讨篇2

1 裂纹分析

从母材成分和焊接结构2方面入手。 (1) 齿圈材质为34CrNi3MoA, 轮毂材质为35CrMoA, 根据表1所估算的碳当量, 齿圈、轮毂碳当量远高于0.4%, 直接与其他母材焊接容易产生裂纹, 焊接难度大, 为确保焊接质量, 通过堆焊软过渡层, 降低熔合区的碳当量, 从而降低淬硬倾向。 (2) 焊接结构方面, 通过开应力释放槽, 来释放应力。应力释放槽解决了封闭环焊接过程中应力无处释放的问题, 避免了因应力集中导致的裂纹产生。软过渡层不但降低了碳当量, 而且提高了熔合区的塑韧性, 可以释放径向应力, 而应力释放槽可以释放法向的应力。使得焊缝在局部的应力处于自由释放状态, 解决了应力集中问题。

碳当量计算:34CrNi3MoA Ceq=0.34%+0.8%/15+3.25%/15+1.1%/5+0.4%/5=0.91%

35CrMoA Ceq=0.35%+0.7%/6+1.3%/5+0.25%/5=0.77%

Q345-A Ceq=0.12%+1.6%/6=0.39%

H10Mn2熔敷金属Ceq=0.052%+1.59%/16+0.04%/15+0.001%/15+0.015%/5=0.33%

CE (IIW) =C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5

一般认为当Ceq<0.4%时候钢材基本无淬硬倾向, Ceq=0.4%～0.6%时候钢材的淬硬倾向逐渐增加, Ceq>0.6%时淬硬倾向比较严重。

Q345-A通过预热基本可以消除淬硬倾向, 而34CrNi3MoA和35CrMoA的淬硬倾向较大, 再加上圆周的拘束应力, 若采用常规的装焊方法, 在焊接时必然出现裂纹。

2 堆焊工艺

为防止裂纹产生, 首先在齿圈和轮毂的施焊处预堆过渡层。在堆焊过渡层的时候, 堆焊底层采用ESAB T-5焊丝, 通过药芯焊丝稀释熔合区的合金含量, 达到初次降低碳当量的目的。后选用H10Mn2焊丝, 焊剂HJ431埋弧自动焊堆。通过H10Mn2焊丝的稀释, 使过渡层的碳当量再次降低。

堆焊工艺要点:

(1) 堆焊前分别将轮毂、齿圈置于变位器上, 预热300℃。

(2) 采用双丝双道同步施焊, 从而控制局部变形。预热和堆焊同时进行, 有效控制层间温度不得低于预300℃。

(3) 选用EASB T-5焊丝气保焊打底2层, 堆焊厚度约12～15 mm, 然后选用H10Mn2焊丝, HJ431焊剂埋弧自动焊堆焊12～15 mm, 即堆焊层总厚度为25～30 mm。堆焊区域为过渡层, 按UT探伤要求进行堆焊。通过EASB T-5焊丝堆焊底层, 降底了母材熔合区的合金含量, 使碳当量得以降低;使用H10Mn2焊丝堆焊使得堆焊层碳当量过渡到0.33%左右, 可焊性大大提高。

(4) 堆焊完齿圈后, 在其内径处加米字拉撑, 以减小退火变形。

(5) 机加工轮毂堆焊层和齿圈堆焊层, 保证堆焊层直径方向与轮毂、齿圈的同轴度不大于2 mm, 堆焊层的厚度为20 mm。

3 齿轮组装焊接

在焊接腹板时由于轮毂与齿圈均为整体结构, 通过对腹板开应力释放槽, 使得圆周应力得到释放, 避免了裂纹的产生。每个圆孔处开6 mm宽的应力释放槽。圆周应力可通过应力释放槽的自由变形来释放, 应力释放槽的交错均布使得圆周应力可以均匀释放而不致于产生应力集中。

腹板装焊方法:

(1) 齿圈、轮毂与腹板的装焊, 采用热装。将齿圈、轮毂加热, 使其充分热胀后装腹板, 调整腹板与轮毂齿圈间隙, 使其均匀。

(2) 施焊过程, 辐板与轮毂齿圈坡口焊缝交错间断填充, 施焊时, 均从两应力释放槽的中点处向两端施焊。施焊过程注意随时翻身, 减少工件变形。

(3) 最后焊钢管与腹板焊缝, 焊前预缝收缩基本一致均匀, 且将应力留在释放槽处, 有效地防止了应力集中而产生的裂纹热100℃, 且施焊时几个管要间隔开焊接。

(4) 后热1 h, 保温缓冷。

待腹板与齿圈、轮毂、支撑管焊接完毕后, 可在应力释放槽处开单面坡口, 之后作热处理消应力, 喷砂过后填充应力释放槽处的坡口, 单面焊双面成型。

4 结语

我厂采用堆焊过渡层和开应力释放槽的方法, 生产制造的大齿轮, 创造了大型齿轮制造的新工艺。使得大齿轮的制造不再依靠铸造, 同时也掌握了大型齿轮焊接的方法。

解决了中碳调质钢焊接性差、易产生裂纹、焊接材料选用等工艺难题, 完善了34CrNi3MoA、35CrMoA的堆焊工艺措施。

掌握了大齿轮的焊接工艺, 并成功应用于生产, 为太原重机的新产品、新工艺开发作出了贡献, 降低了制造成本, 缩短了制造周期, 提高了产品的质量。

摘要：通过对34CrNi3MoA齿圈、35CrMoA轮毂堆焊软过渡层, 解决了中碳调质钢焊接性差, 容易产生裂纹的问题;通过在腹板上开应力释放槽的方法, 解决了焊接应力释放的问题。此类焊接大齿轮的制造工艺已经成熟, 成为制造大齿轮的一种新方法。

圆柱齿轮工艺技巧篇3

图1所示的零件是笔者公司承担的国家数控专项CXK5463数控龙门车铣加工中心上的一种附件—薄角伸长铣头的铣头体零件图。该附件可用于大型零件深腔尺寸及各种斜面的加工;利用铣头体上的外圆圆柱齿轮, 手动可以实现铣头绕垂直轴线回转360°, 实现空间任意角度的加工。该件的加工质量, 直接影响附件及整机的使用性能, 影响机床的加工精度。

2 零件工作图及技术要求分析

该铣头体属于不规则的箱体类零件, 在工件上有五排平行孔及一排垂直相交孔, 各孔孔径精度为H7、Js5级, 各孔的平行度要求:0.02;垂直度:0.02;位置度:0.02;Ⅰ孔为主轴轴承安装孔, 各孔的圆度、圆柱度均为:0.005;各孔的加工质量直接影响附件使用性能及齿轮传动链的间隙及噪音;主轴孔的加工最终影响整机的几何精度。

在铣头体的左端有M2×225, 精度等级为8-8d的外圆圆柱齿轮;在圆柱齿轮右端有准406h6外圆30±0.02尺寸右端面上有环型油槽, 表面粗糙度为Ra3.2。

3 确定加工工艺

根据该件的形状, 工件上的五排平行孔及垂直相交孔的加工在卧式镗床上加工完成, 精加工在TK6113卧式精密数控镗床。为便于工件的加工, 按图2所示共铸出7处工艺台, 用于零件加工工艺基准, 并在每个工艺台上铣出30mm×30mm尺寸槽, 用于夹压工件。

工件左端的M2×225圆柱齿轮:该外齿的精度等级为8-8d, 按其精度等级, 确定该齿轮采用滚齿加工, 该件的最大回转直径为准646.82mm, 工件全长为1300mm, 根据公司现有设备情况, 选择在YK3680B卧式滚齿机上加工, 利用涂层的专用滚刀进行高速加工;为实现在卧式滚齿机上加工该零件的齿轮, 要求在工件的右端铸出150mm×150mm的工艺台, 用于安装如图2所示件工艺块3, 并在滚齿安夹时和车削准406h6外圆时, 用于尾座顶尖支撑工件。

工件准406h6外圆30±0.02尺寸右端面上有环型油槽, 根据工件结构特点, 安排在卧式数控车CK61125上加工。

1.胀圈式芯轴2.配重工艺板3.工艺块

由于该件外形为不对称, 零件的一侧偏重, 为保证工件回转加工时平稳及可靠性, 特设计制造图2中工艺配重板2, 配重板的重量可根据零件的三维图计算得出, 约348kg, 最后根据工件的实际回转情况确定增减配重块的重量。

在卧式滚齿机及卧式车床上加工M2齿及准406h6外圆, 是以工件左端准190H7内孔为基准, 设计制造如图2所示的胀圈式芯轴1, 用于工件在卧式机床上的安夹及支撑用。

3 关键工序的加工要求

3.1 数控镗工序

(1) 以b面为基准, 将工艺台a面精铣, 保证平面度0.01, 表面粗糙度至Ra1.6以上。其目的是为了工件在安夹、加工、松开过程中不会发生形变, 保证工件加工后精度的稳定性。

(2) 以工艺台a面为基准将b面精铣, 保证平面度0.01, 表面粗糙度至Ra1.6以上;且两面的垂直度在0.01以内, 该工步的加工要求是校正工作台回转90°后精度的误差, 然后进行补偿, 保证Ⅴ、Ⅵ孔加工后垂直度满足图纸要求。

(3) 精镗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ各孔至尺寸。

(4) 工作台回转90°, 验证工艺面找正在0.01/600以内, 精镗Ⅵ孔各孔至尺寸;插补精铣全长左端A面, 保证平面度0.01mm, 粗糙度至Ra0.8以上;利用精切槽铣刀, 插补精铣齿右端面, 保证两面平行度0.02mm, 粗糙度至Ra0.8。

精镗齿外圆, 粗糙度至Ra1.6以上, 公差至准454h11, 保证与B孔同轴度0.01mm。

钳工配合临床镶装工艺芯轴, 精铣芯轴上中心孔, 保证与Ⅵ同轴度在0.01mm以内。

利用数控定位测量并记录Ⅵ孔中心距b面实测值;工作台回转180°, 验证工艺面找正在0.01/600以内, 根据前面记录的Ⅵ孔中心距b面实测值, 在工艺块3上打中心孔, 保证与Ⅵ孔中心同轴度0.02mm。

工步说明:精镗齿外圆及精铣齿右端面, 是精车准406h6外圆和滚齿时工艺找正的基准。

在进行各工序之前, 复检机床的几何精度, 并精调机床各项精度, 保证机床的数控定位精度0.008mm、重复定位精度0.005mm;工作台X、Z1向移动的直线度0.01mm/1000mm;工作台回转90°, 台面跳动在0.01mm, 主轴的径向跳动、轴向窜动在0.005mm以内;加工时以工作台前后移动作为进给运动, 镗轴只作旋转运动, 保证各孔加工后的平行度、位置度在0.015mm以内;主轴孔加工选用山特维克公司生产的精镗刀进行正镗、背镗。

3.2 卧车精车工序

该工序的工件是夹一端、顶一端, 找正大端面及外圆跳动在0.02mm, 便可以进行加工。为保证工件加工公差及粗糙度要求, 选用山特维克公司生产的涂层车刀片精车完成。

3.3 卧滚工序

该工序的工件是夹一端、顶一端, 找正大端面及外圆跳动在0.02mm后进行加工。该工序关键在于齿轮滚刀的选择, 滚刀直径必须满足加工要求, 太小或太大均会发生干涉现象。

4 精加工刀具选择

(1) 面加工选用山特维克精铣面铣刀:R245-250Q60-12L, 刀片选用:R245-12 T3E-W-K20W。

切削参数见表1。

(2) 主轴孔加工:选用山特维克的CoroBore 825型精镗刀盘, 刀片选用:R825C-AF23STUC1103A。

切削参数见表2。

(3) 齿外圆加工:为节约成本, 针对该外圆自行设计了专用的外圆镗刀, 刀片选用山特维克:R825C-AF23STUC1103A-GC3215, 切削参数见表3。

(4) 齿轮滚刀的选择:为保证滚刀加工时不与工件X面干涉, 利用CAD作图法, 计算出滚刀的最大直径为:准117mm, 为保险起见, 最后确定滚刀直径为准100mm, 特殊订货, 并选择氮化钛涂层刀具, 精度等级为AA级, 保证了加工要求。切削参数见表4。

5结论

加工齿轮轴工艺试验研究篇4

关键词：齿轮轴,工艺试验,关键工序

1 问题的提出

由于结构设计的需要, 齿轮轴长径比L/D一般都较大, 我厂生产的齿轮轴L/D=3～7不等, 这种产品, 渗碳并淬火后变形较大, 给后续加工带来很多困难, 并且关键的质量要求无法保证, 尤其是一些重载、高速运转、可靠性要求较高的传动部件。如果处理不当会造成零件损坏, 甚至造成整机报废。

如图1所示, (1) 设计要求有效硬化层深为2～3mm。齿面磨削时, 为确保硬化层深, 磨齿余量不会留得太大 (因为这种重型设备可靠性是关键指标) , 而变形导致磨削余量不均匀, 磨后齿轮有效硬化层不均匀, 将直接影响整机寿命。 (2) 输入端设计有宽40mm的键槽, 配合表面为准155H7/s6, 为过盈配合, 若键槽对称度超差, 会造成装配困难, 如果热处理前加工完, 热处理后键槽的尺寸公差及形位公差都会超差。

根据多年工作的实践, 解决这些问题只能从机加工艺和相应的工装上入手。

2 工艺方案的确定

以图1所示的产品为例, 要保证磨齿后齿部质量和输入端键槽符合图纸要求, 关键在于所有被测要素必须对统一基准的位置度处于理想状态, 也就是说被测要素对于两端中心孔所模拟的中心线处于理想状态。

基于上述思路设计的工艺方案为:锻坯→粗车→调质→精车Ⅰ→粗磨外圆Ⅰ→切齿→热处理 (渗碳+淬火) →修中心孔→精车Ⅱ→粗磨外圆Ⅱ→磨齿形→铣键→精磨。

3 对关键工序的要求

(1) 精车Ⅰ时, 作两端中心孔如图2所示, 便于热处理后重新修正60°工作面。

(2) 由于热处理变形, 精车Ⅰ时输入端尺寸车至准156mm (即单键40N9处) , 表面涂防渗剂, 控制热处理硬度, 便于热处理后车去表面硬层, 降低加工键槽难度。

(3) 热处理后, 修正中心孔, 其实就是以热后齿轮分度圆为基准重新作中心孔 (即基准) , 要求校正齿长方向两端节圆跳动在0.03mm以内, 修两端中心孔60°工作面并研磨, 粗糙度不高于Ra0.8。

(4) 以修正后中心孔为基准, 车去准156mm表面硬层至准151mm, 粗磨后铣键槽。

(5) 粗磨准175mm及准151mm两处, 粗糙度不高于Ra0.4, 跳动不得超过0.03mm。

(6) 该齿轮轴总长为530mm, 且齿轮在一端超出Y7163A加工范围, 为解决在Y7163A上磨削问题, 需重新设计磨齿工装。

(7) 顶两端中心孔铣键槽, 键槽形位公差及尺寸公差很容易保证。