齿轮工艺（精选10篇）
齿轮工艺 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。
齿轮工艺 篇2
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塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。
塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。
汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。
塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC)的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。大尺寸、高强度的塑料齿轮
由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。
如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。
控制的难点
高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。
由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。
重要的成型冷却步骤
高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。
精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。
精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。
一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。
最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。
蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。
新工艺和新树脂
更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。
除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。
现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。
乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。
PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。
聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。
聚苯硫醚（PPS）的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。
液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。
热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。
在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好；ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。
使用塑料齿轮的优势
与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。
与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。
塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。
和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。
材料的增强作用
齿轮和结构材料的说明中，应该考虑到纤维和填料对树脂材料性能的重要作用。例如当乙缩醛共聚物填充25%的短玻纤（2mm或更小）的填料后，它的拉伸强度在高温下增大2倍，硬度升3倍。使用长玻纤（10 mm或者更小）填料可提高强度、抗蠕变能力、尺寸稳定性、韧性、硬度、磨损性能等以及其它的更多性能。因为可获得需要的硬度、良好的可控热膨胀性能，在大尺寸齿轮和结构应用领域，长玻纤增强材料正成为一种具有吸引力的备选材料。
塑料齿轮加工工艺及材料简介
塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。
塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。
汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。
塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC)的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。
大尺寸、高强度的塑料齿轮
由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。
如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。
沙发大中小发表于 2009-6-10 16:05 只看该作者
控制的难点
高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。
精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。
由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。
重要的成型冷却步骤
高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。
精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。
精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。
一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。
最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。
蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。
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板凳大中小发表于 2009-6-10 16:05 只看该作者
新工艺和新树脂
更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。
除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。
现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。
乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。
PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。
聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。
聚苯硫醚（PPS）的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。
液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。
热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。
在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好；ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。
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地板大中小发表于 2009-6-10 16:06 只看该作者
使用塑料齿轮的优势
与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。
与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。
塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。
和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。
材料的增强作用
齿轮和结构材料的说明中，应该考虑到纤维和填料对树脂材料性能的重要作用。例如当乙缩醛共聚物填充25%的短玻纤（2mm或更小）的填料后，它的拉伸强度在高温下增大2倍，硬度升3倍。使用长玻纤（10 mm或者更小）填料可提高强度、抗蠕变能力、尺寸稳定性、韧性、硬度、磨损性能等以及其它的更多性能。因为可获得需要的硬度、良好的可控热膨胀性能，在大尺寸齿轮和结构应用领域，长玻纤增强材料正成为一种具有吸引力的备选材料。
塑料齿轮在绝大多数的应用领域内，多采用（POM）和尼龙（PA66）。其主要原因是它们具有较非结晶态塑料更优良的抗疲劳性、高强度、高耐磨性。
塑料齿轮相对于金属齿轮存在很多优势：塑料齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损、无需润滑、可以成型较为复杂的形状，大批量生产成本较低等优点。但是由于塑料材质的局限，塑料齿轮存在着精度低，使用寿命短等缺点，随着新材料的应用以及制造技术的发展，塑料齿轮的精度越来越高了寿命也越来越强，塑料齿轮目前广泛用于汽车仪表，大灯调节器传动，打印机，复印机传动，VCM镜头传动等领域。
深圳兆威市一家专业生产塑料齿轮的厂家，对于塑料齿轮的设计生产，我们在精度上严格要求，以至于我们现在塑料齿轮的精度达到了JGMA 0级。我们拥有先进的生产技术，先进的仪器设备，在产品的设计生产上我们要求严格，精益求精，在不懈的努力和追求下，产品能够满足广大客户的需求。
在2007年以突破0.1mm的注塑成型被深圳市科技局授予高新技术企业称号，以微量精密的注塑在2009年与橡胶模具国家工程研究中心共同创建了国内首家“微细精密注塑成型与模具技术中心” 并且通过与索尼、松下、三洋等国际知名企业的合作，直接参与国际化竞争，使公司的技术能力、管理水平不断提升。
相对金属齿轮，塑料齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损无需润滑、可以成型较复杂的形状、大批量生产成本低等优点。但由于塑料本身具有收缩、吸水，相对金属强度也比较弱，对工作环境要求高，对
温度较为敏感等特性。因而，塑料齿轮同时就有精度低、寿命短、使用环境高等缺点。随着新材料的应用及制造技术的发展，塑料齿轮的
精度越来越高，寿命也越来越长，并广泛应用于仪器、仪表、玩具、汽车、打印机等行业。
直齿轮：加工容易，便于提高精度，是齿轮中最基本的形式。
斜齿轮：重合度大，传动平稳，适于高速重载传动，缺点是传动过程中产生轴向力。
人字齿轮：可视为有两个螺旋角相同而旋向相反的斜齿轮所组成，它除具有斜齿轮的特点外，还能够自相平衡传动过程中产生的轴向力，从而可以采用大的 螺旋角，进一步提高承载能力平衡性。
塑料齿轮加工工艺及材料简介
2007-1-30 19:12:00 【文章字体：
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塑料齿轮正朝着更大的尺寸、更复杂的几何形状、更高强度的方向发展，同时高性能树脂和长玻纤填充的复合材料起到了重要的推动作用。
塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程。今天它们已经深入到许多不同的应用领域中，如汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等，起到传递扭矩和运动形式的作用。除了现有的应用领域以外，新的、更难加工的齿轮应用领域将不断的出现，这种趋势还在深入发展中。
汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域，这一成功的变化是令人鼓舞的。汽车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统，他们需要的是马达和齿轮等而不是功率、液压或者电缆。这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域，从升降门、座位、跟踪前灯到刹车传动器、电动节气门段、涡轮调解装置等。
塑料动力齿轮的应用进一步拓宽。在一些大尺寸要求的应用领域，塑料齿轮经常用来替代金属齿轮，如使用塑料的洗衣机传动装置等，这改变着齿轮在尺寸上的应用限度。塑料齿轮也应用到其它很多领域，如通风和空调系统(HVAC)的减振驱动器、流动设施中的阀门传动、公共休息室中的自动冲扫器、小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的螺砣仪以及操纵装置。
大尺寸、高强度的塑料齿轮
由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大、高精度和高强度的特征，这是塑料齿轮得以发展的一个重要原因。早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于1英寸，传输能力不超过0.25马力的直齿轮。现在齿轮可以做成许多不同的结构，传输动力一般为2马力，直径范围为4-6英寸。预测到2010年，塑料齿轮成型直径可以达到18英寸，传送能力可以提高到10马力以上。
如何设计出一个齿轮构型，在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化，还面临着很多难题。这就对齿轮的同心性、齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求。某些斜齿轮，可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品，其它的齿轮在较厚部分需要使用芯齿来减少收缩。虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料、设备和加工技术达到了生产新一代塑料齿轮的能力，但是对于所有的加工者来说，将面临的一个真正的挑战是如何配合制造这种整个高精度产品。
控制的难点
高精度齿轮允许的公差一般很难用美国塑料工业协会(SPI)所说明的“好”来形容。但是今天多数成型专家使用最新的配有加工控制单元的成型机器，在一个复杂的窗口上，控制成型温度的精度、注射压力以及其它的变量来成型精密的齿轮。一些齿轮成型专家使用更先进的方法，他们在型腔里安置温度和压力传感器来提高成型的一致性和重复性。
精密齿轮的生产商也需要使用专业的检测设备，如用来控制齿轮质量的双齿侧面的滚动检测器、评估齿轮齿面以及其它特征的电脑控制检测器。但是拥有正确的设备仅仅是个开始。那些试图进入精度齿轮行业的成型商也必须调整他们的成型环境来确保他们生产的齿轮，在每一次注塑、每一次型腔都尽可能的一致。由于在生产精密齿轮的时候，技工的行为往往是决定性的因素，因此他们必须着力于对员工的培训和操作过程的控制。
由于齿轮的尺寸容易受季节性温度变换的影响，甚至打开门让一个叉车通过引起的温度波动都能影响齿轮的尺寸精度，因此模塑厂商需要严格控制成型区的环境条件。其它需要考虑的因素还包括：一个稳定的动力供给，可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备，配有恒定的气流的冷却单元。有些场合使用自动化技术，通过一个反复的动作，将齿轮从成型的位置移开并放置在传送单元上，达到冷却方式的一致。
重要的成型冷却步骤
高精密零件的加工与一般成型加工的要求相比较，需要注意更多的细节问题以及达到精确测量水平所要求的测量技术。这一工具必须确保每一次成型的腔内成型温度和冷却速率相同。精密齿轮加工中最常见的问题是如何处理齿轮对称性冷却以及各模腔间一致性的问题。
精密齿轮的模具一般不超过4个型腔。由于第一代的模具只生产一个齿轮，很少有具体的说明，轮齿嵌入物经常用来减少二次切削的成本。
精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线，改变压力分布和收缩，影响齿轮公差。对于玻纤增强的材料，由于纤维沿着焊接线成放射状排列，使用多浇口时易造成半径的偏心的“碰撞”。
一个成型专家能控制好齿槽处的变形，获得可控的、一致性的、均匀的收缩能力的产品是以良好的设备、成型设计、所用的材料伸展能力以及加工条件为前提的。在成型时，要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。
最常见的塑料齿轮是直齿、圆柱形蜗轮和斜齿轮，几乎所有用金属制造的齿轮都可以用塑料来制造。齿轮常用分瓣模腔来成型。斜齿轮加工时由于注射时必须让齿轮或者形成齿的齿轮环进行旋转，所以要求注意其细节。
蜗轮运行时产生的噪音比直齿小，成型后通过旋出型腔或者用多个滑动机构移出。如果使用滑动机构，必须高精确操作，避免在齿轮上出现明显的分缝线。
新工艺和新树脂
更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法，通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法，使齿轮运行起来更安静，在齿轮突然停止运转时，能够较好的吸收振动，避免轮齿损坏。轮轴可以被重新模塑上其它材料，可以选择柔韧性更好或者价值更高、自润滑效果更好的复合材料。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法，作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。
除了齿轮本身以外，成型人员还需要注意齿轮的设计结构。结构中齿轮轴的位置必须成线性排列才能保证齿轮成一直线运行，即使在负荷和温度改变的情况下，因此结构的尺寸稳定性和精度是非常重要的。考虑到这个因素，应该使用玻纤增强材料或矿物填充的聚合物等材料做成具有一定刚性的齿轮结构。
现在，在精密齿轮制造领域，一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料，可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能，能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型，保证材料的充分结晶，否则在使用时由于温度升到成型温度以上，材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。
乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。
PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中。
聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃，玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。
聚苯硫醚（PPS）的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。
液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。
热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。
在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好；ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域。
使用塑料齿轮的优势
与同等尺寸的塑料齿轮相比，金属齿轮运行良好，温度和湿度变化时的尺寸稳定性好。但是与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。
与金属成型相比，塑料成型的固有的设计自由度保证了更高效的齿轮制造。可以用塑料成型内齿轮、齿轮组、蜗轮等产品，而这很难以一个合理的价格使用金属材料来成型。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。塑料齿轮同时也是一种满足低静音运行要求的重要材料，这就要求有高精度、新型齿形和润滑性或柔韧性优异的材料出现。
塑料制造的齿轮一般不需要二次加工，所以相对于冲压件和机造件金属齿轮，在成本上保证了50%到90%水平的降低。塑料齿轮比金属齿轮轻、惰性好，可用在金属齿轮易腐蚀、退化的环境中，例如水表和化学设备的控制。
和金属齿轮相比，塑料齿轮可以偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好的分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。许多塑料固有的润滑特征使得它们成了打印机、玩具和其它低负荷运转机构的理想齿轮材料，这里不包括润滑剂。除了运行在干燥的环境中，齿轮还可用油脂或油来润滑。
材料的增强作用
风力发电齿轮箱生产工艺技术研究 篇3
【关键词】风力发电、齿轮箱、生产工艺
1、前言
在21世纪，能源成了所有国家所共同关注的焦点话题。由于对化石能源的过分依赖和化石能源的储备不足，越来越多的能源研究人员将目光对准了新能源的开发和清洁能源的有效利用上。风能是一种清洁的、可再生的能源，近年来风力发电的项目在国际上都有较为重要的突破。我国的最初风力发电厂成立于上个世纪80年代，但是我国由于没有风力发电相关的主要硬件，所以大部分都依赖于进口。随着我国经济和社会的不断发展，本世纪国内对于风力发电的设备的研究逐渐取得成效，今天，我国已经掌握了兆瓦以下的风力发电增速箱的设计和制造技术，但是对于风力发电齿轮箱的制造技术还很缺乏，这是我国的风力发电国产化项目显而易见的薄弱环节。
2、风力发电齿轮箱功能以及技术现状
2.1齿轮箱的功能
风力发电项目的关键在于风力发电机，风力发电机将空气动能也就是风能转化为电能供人类利用。最早的风能利用是一种叫做风力提水机的设备，在此基础上，风力发电的技术才得到了之后的发展。现在的风力发电技术已经结合了先进的计算机管理系统，使风力发电的安全性、效益都有了显著提升。总体来说，风力发电已经具有了与常规发电并网运行的资格，而且总能源清洁性和经济效益来讲都非常不错。
常规的普通发电机组都需要达到一定的转速才能试运转发电，但是风力发电机的转速由于风力原因显然不高，所以风力发电机的风轮轴需要经过增速箱增速才能达到发电机的转速要求，而齿轮箱就是传递风轮动力并且使转速明显提升的关键设备。风轮的转速越低，齿轮箱的增速比要求也就越高，相应的复杂性、造价都会有很大的提升。所以齿轮箱是希望风轮的转速越高越好的。但是现在国际上风力发电的基本趋势是风轮为三叶片，而且叶越来越长，风轮的半径越来越大，这就要求了齿轮箱的技术越来越复杂与精密。
2.2齿轮箱技术现状
我国的风力发电机组的相关技术是从国外引进并发展的，但是从国外引进的相关技术中并没有风力发电齿轮箱的相关制造技术，所以我国的风力发电齿轮箱制造技术没有实际的技术借鉴，全靠研究人员按照电机组的技术规范自行研究和制造，所以齿轮箱制造技术不算很高。另一个尴尬的现实是，我国对风力发电的技术研究起步很晚，国内缺少对于风力发电技术特别精通的相关专业人才，相关的教育基础也比较低，种种原因都限制了我国的风力发电齿轮箱制造技术的快速发展。现在的齿轮箱产品离满足市场需求还有很长的路要走。
3、齿轮箱生产工艺
3.1齿轮箱生产的常见困难
目前我国生产的齿轮箱大多数都会遇到相同的困难，这些常见的困难有：（1）轴承的使用寿命问题。齿轮箱的轴承属于高损耗的部件，国内生产的轴承大多数使用寿命低于平均水平，容易过早的疲损。（2）齿轮箱的设计计算方法拙计。国内的齿轮箱因为成本的考虑大多数使用直齿，而国外先进的生产厂家大多数使用斜齿，而且精度也足够。（3）齿轮的原材料问题。国内的材料质量稍逊于国外，而且仿制的齿轮箱在加工水平上也明显不如原厂。国内的实际情况也决定了从国外引进的技术并不是全部适合，因此齿轮箱的制造必须自主设计研发，包括材料、工艺等。
3.2齿轮箱的生产工艺
3.2.1部件。齿轮箱由多个部件构成，其中的一些关键部件严重影响齿轮箱的寿命和质量问题，在制造是应该给与一些部件重点关注。首先是齿轮。涉及齿轮的过程中要尤其注意减速传动和增速传动的差异，变位系数的选定必须考虑到降低滑差，然后参考实际需要设计齿向和齿廓。内齿圈轮缘厚度要3倍于模数，外齿轮以渗碳淬火配合磨齿，齿轮精度要求不低于6级。另外齿轮的计算问题要尤其重视，齿轮的疲劳强度要参考实际使用时候的载荷谱在经过详细的计算才能获得，齿轮的工作载荷很难确定，而且工作中的变化很多，致使计算工作很复杂。然后是轴承。和齿轮类似，因为风力工作环境的不确定性和载荷难以控制的问题，风力发电机轴承非常脆弱。这就要求了齿轮箱在设计的时候要注重轴承的类型选择以及润滑措施的制定，重点研究提升轴承的使用寿命。
3.2.2工艺改进。传统的齿轮箱的制造工艺流程分为锻造、正火、高温回火、粗加工、去毛刺清洗、渗碳淬火、清理抛丸、磨齿、检验等步骤。这种传统的齿轮箱适合船舶等高安全系数的制造中，但是近些年在一些从国外引进的某些产品或者某些科技前沿的产品中使用时发现了容易失效的问题。而近些年出现了一些改进之后的工艺流程，改进后的工艺流程分为锻造、正火、高温回火、较高精度粗加工、去毛刺清洗、预热、重行奥氏体化渗碳淬火、清理抛丸、少余量缓进给磨齿、检验等步。这一工艺流程比较符合国产化的齿轮箱的制造现状，该工艺过程提高了粗加工精度，增加了渗碳前的预先热处理工艺，这是为了减少渗碳淬火过程的变形并减少磨削余量。磨削过程中了采用少余量缓进给磨削，使齿面保留较大的压应力状态并提高精度与粗糙度。采用重行奥氏体化渗碳淬火工艺能够提高齿轮的耐磨性和承载能力。
3.2.3工艺参数设计。齿轮的承载能力非常重要，所以工艺参数要仔细选定。渗碳层的含碳量除只有存在严重的冲击载荷时才需要考虑低周疲劳问题。在渗碳工艺中经过对工厂成本和渗层内氧化现象的综合考虑之后，含碳量应该在0.77到1个百分点之间。表面碳浓度过高可能会导致表面出现大量碳化物和残余奥氏体的情况，但是低的含碳量却有可能造成贫碳的非马氏体组织，这两种情况都会降低齿轮的接触疲劳性能。接着，渗碳温度提高会使齿轮的加工时间变短，既提高生产的效率，也能有效降低成本，但是同时这也可能导致变形加大、渗层不均的问题；但是温度过低、保温时间长则会导致成本的提升。淬火温度的提高则会很明显的影响表面组织和芯部硬度。淬火温度和渗碳温度需要考虑具体的原材料性能来决定才能使效果达到最佳。
总的来说，想要加速提升齿轮箱的生产工艺和质量，我们要做的不只是重视齿轮和轴承的设计、工艺参数的选择和工艺改进，还需要拥有完整的研究数据、专业的高素质人才、大型的测试和实验装置以及与市场的相互交流等等。所以说提升不是速成，我们还需要做出更多的努力，付出更多的汗水才能最终收获完整的先进齿轮箱生产工艺。中国，加油！
参考文献
[1]李树吉，陈雷，杨树人.风力机齿轮箱的优化设计.广州：中国新能源期刊，2012.12
[2]刘贤焕，叶仲和.大型风力发电机组用齿轮箱优化设计及方案分析.上海：机械设计与研究，2013年专刊
焊接大齿轮工艺探讨 篇4
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。
齿轮工艺 篇5
关键词：行星减速器；齿轮轴；热处理技术；加工工艺
我们知道行星减速器主要用于行星的减速作用，是连接传动装置传输减小动力的主要装置，而齿轮轴是行星减速器中最为重要的装置。齿轮轴性能的好坏以及机械加工工艺是否精湛直接关系到行星系统的安全，因此我们对于行星减速器的要求很高。在行星减速器的制作工艺过程中，行星减速器齿轮轴的热处理技术以及机械加工制作工艺是判定行星减速器质量好坏的关键因素。在我们日常的生产工作中，通过科学的理论以及不断地实践总结，我们通过三级行星减速器的加工制作工艺，能够准确的分析出减速效果，保证传输动力的精确度，并且使用寿命比传统技术制造的寿命要延长。因此，笔者在实践总结中，本文重点介绍行星减速器齿轮轴的热处理与机械加工工艺研究。
一、行星减速器技术简介
行星齿轮减速机又称为行星减速机，伺服减速机。在减速机家族中，行星减速机以其体积小，传动效率高，减速范围广，精度高等诸多优点，而被广泛应用于伺服电机、步进电机、直流电机等传动系统中。其作用就是在保证精密传动的前提下，主要被用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比。行星齿轮减速机主要传动结构为：行星轮，太阳轮，内齿圈。行星减速机因为结构原因，单级减速最小为3，最大一般不超过10，常见减速比为：3/4/5/6/8/10，减速机级数一般不超过3，但有部分大减速比定制减速机有4级减速。相对其他减速机，行星减速机具有高刚性、高精度(单级可做到1分以内)、高传动效率(单级在97%-98%)、高的扭矩/体积比、终身免维护等特点。因为这些特点，行星减速机多数是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。行星减速机额定输入转速最高可达到18000rpm(与减速机本身大小有关，减速机越大，额定输入转速越小)以上，工作温度一般在-25℃到100℃左右，通过改变润滑脂可改变其工作温度。精密行星减速机因搭配伺服电机所以背隙等级(弧分)相当重要，不同背隙等级价格差异相当大，行星减速机可做多齿箱连结最高减速比达100000。
二、行星减速器工作原理与齿轮轴性能分析
目前，服务于工业中的行星减速器主要是有二级或者三级工艺加工生产的，这种加工工艺对于减速器齿轮轴的精度要求很高，所以制造行星减速器的要求会很高。行星减速器的工作原理主要是通过主动转轴连接浮动齿套，再通过浮动齿轮将传输动力以及减速动力传输给太阳轮，太阳轮会将这两种动力传输给分布在太阳齿轮周围的太阳星轮，行星轮在旋转的同时会会绕着太阳轮以及固定内齿轮转动，通过以上的简单分析，我们发现齿轮轴在行星减速器中的作用是必要而且是非常重要的，并且能够起到关键性的作用，由此我们知道齿轮轴的重要性，齿轮轴作为行星减速器的核心关键技术，主要连接传输动力以及减速动力，所以行星减速器的齿轮轴建工工艺要严密并且精湛，否则会影响到整个行星气器的安全以及使用。在齿轮轴的机加工过程中，制作齿轮轴材料的选择也是重中之中，因为这直接影响到齿轮抽的使用寿命以及行星器的安全。齿轮轴主要是传输动力的中间介质，齿轮轴的工作形式要求其必须承受强大的压力以及负荷，这对齿轮轴的性能要求极其高，因此，对于齿轮轴的材料选择要求其首先具有耐磨性、以及承压性。在这样的条件下，一般性的首选材料是碳钢，但选择碳钢之后首先进行淬火加回温的不断锻造，以保证其耐磨性，这就是所谓的热处理技术。热处理技术是非常繁琐并且要求极高的吗，对于精度的要求非常高，并且必须达到要求才能使用，只有这样才能保证齿轮轴的耐磨性以及承压性，使其具有极高的综合性能。
三、行星减速器齿轮轴热处理技术与机械加工工艺研究
上文，我们已经简单介绍了行星齿轮轴热处理技术，以及行星齿轮轴的简介，我们都已经基本了解行星齿轮轴的工作原理，那么，笔者将简单介绍行星减速器齿轮轴的热处理技术以及机械建工工艺的研究，以期望提高我国的行星齿轮轴热处理技术与机械加工工艺。由于行星减速器齿轮轴的机构非常复杂，材料选择也十分严苛，因此对于行星减速器的齿轮轴热处理技术要求也极高，为了使得齿轮轴能够更坚韧，保证其较强的耐磨性和抗压性，充分发挥其优良的性能，我们的热处理技术主要是正火、调制、淬火加低温调制。齿轮轴的机械加工工艺主要分为下料、锻造、正火（预备热处理）、毛坯粗加工、整体调制（中间热处理）、半漕加工、滚淬火、低温回火、（最终热处理）、磨削、以及检验。这是齿轮轴机械加工工艺的过程，其中的任何一步都关系到齿轮轴最终形成的合格性能。因此，我们如果想要提高我国的行星减速器齿轮轴的热处理技术以及机械加工工艺，就必须在这些步骤中多加研究。
本文笔者通过实际研究操作，重点介绍了行星减速器齿轮轴热处理技术以及加工工艺的研究。齿轮轴质量的好坏以及处理技术的好坏将之间影响到行星减速器的使用效果。通过时间证明，优化生产后的行星减速器比传统知道工艺生产的使用效果要良好许多，使用寿命要延长一倍，稳定性能也获得了极大地提高，综合性能分析性能要提高许多。但这并不是我们的最终目标，我们前进的脚步换不能懈怠，我们还需要不断的努力研究，争取做最好的行星齿轮轴热处理技术以及机械加工工艺的研究。
作者:闫自有 单位:云南东源煤电有限公司一平浪煤矿
参考文献：
[1]韩荣东，吴立新，龚桂仙，张友登.变速箱齿轮轴断裂分析[A];全国冶金物理测试信息网建网30周年学术论文集
加工齿轮轴工艺试验研究 篇6
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。
4 工装设计
为解决在Y7163A上磨削问题, 在齿轮轴端面作4个M10螺孔, 工件安装时, 齿部向下, 齿端面与工装连接套2连接牢靠, 连接套2与工装底座连接, 配合有间隙 (如图3) 。
1.底座2.连接套3.工件
先用8个M12螺栓夹持工装, 用百分表找正准150mm及准175mm处外圆, 反复调整螺栓直到两处跳动在0.015mm以内, 锁紧螺母后可试磨。
值得一提的是, 当工件在重力作用下压在底座上微调螺栓时十分沉重, 所以在底座1与连接套2之间放一准15mm钢球, 调整轻便、灵活, 有利于微调, 节省调整时间, 如图4所示。
按照上述工艺及工装加工类似产品, 使用效果良好。
5 结语
(1) 本方案主要适用于齿轮在轴端、超出机床加工范围、热处理变形难以修复的轴齿轮加工。
(2) 工装底座与连接套间隙小, 调整范围有限, 所以首先应校正底座外圆跳动在0.10～0.15mm以内, 才能锁紧工件。
分动箱输入齿轮工艺改进 篇7
输入齿轮简介
输入齿轮包括内花键、内接合齿轮、外齿轮、内孔和油孔。图1所示所有的几何公差都是以φ45mm外圆为基准, 虽然这种特殊结构的产品在之前的工艺中没有接触过, 但从变速器齿轮、轴加工经验来看, 加工此零件不存在工艺难点, 按常规思路考虑, 为了便于加工, 在加工的过程中需要对基准进行转换。
原加工工艺
输入齿轮初次的加工工艺流程为:粗车坯→精车小端→精车大端→拉花键→插内结合齿→倒尖角→滚齿→钻油孔→去毛刺→磨棱→剃齿→热处理→热后磨内孔、端面、外圆→检测。
按照以上工艺加工, 没有一个零件能达到成品要求。经分析, 存在的问题为:滚齿和剃齿及热后磨削径向均以内花键小径定位, 滚齿和剃齿轴向以拉花键时的定位端面定位, 拉花键后定位轴向及径向圆跳动较大, 导致滚齿和剃齿时齿轮径跳均超差, 最终导致成品径跳超差、齿累不合格。工艺中未考虑到加工过程中对定位面造成的变形及加工定位基准面的变换, 影响后面工序的定位和加工, 最终影响成品的精度。
初次改进后的加工工艺
加工工艺经初步改进后, 将X基准面转换为A基准面进行加工 (见图2) , 尽量统一基准面。工艺流程为:粗车坯→精车小端→拉花键→磨工艺位置→精车大头→插内结合齿→倒尖角→滚齿→钻油孔→去毛刺→磨棱→剃齿→热处理→热后磨外圆→热后车内孔→检测。
其中, 插齿、倒尖角、滚齿使用的基准是相同, 即基准C和D, 剃齿和磨外圆使用的是基准A和E。为了尽可能减少基准不统一带来的影响, 工艺中增加了磨工艺工序, 即以A为基准, 磨削加工C基准。但在加工中仍存在以下问题:
(1) 磨削工艺位置问题以A为基准, 磨削加工C基准, 理论上A基准和C基准几乎统一了, 但经过多次加工验证发现, 套心轴磨削后C基准相对于A基准的跳动为0.02~0.04mm。从产品结构和加工验证情况看, 产品的重心对磨工艺位置这道工序产生了比较大的影响, 以A基准来确定C基准的方法不合理。
(2) 拉花键问题多次加工验证表明, 拉花键能达到的要求:X相对于A基准的跳动0.01~0.06mm, B基准相对于A基准的跳动0.01~0.05mm, 变动范围比较大;与B基准相比, D基准对于A基准更远, 而且外圆大, 导致D基准相对于A基准的跳动更大。精车大头是以D为端面基准的, 因此E基准也受D基准的影响。
(3) 滚齿问题滚齿工序是以C、D、E为基准, 而检测是以A为基准。从磨工艺位置和拉花键可以得出表1数据。从表1中可以看出, C、D、E三个基准的不稳定和变化范围大直接导致了滚齿径向圆跳动的不稳定。从加工情况来看, 以A为基准, 滚齿径向圆跳动为0.03~0.08mm, 无法保证产品要求。
综上所述, 转换基准的思路理论上可行, 但实际加工验证中却发现基准面本身的变动较大, 导致难于加工出合格的产品, 最终使成品合格率极低, 无法保证批量生产的要求。
最终优化加工工艺
由于以上工艺加工的产品质量不稳定, 成品合格率极低, 为了解决这个问题, 同时降低成本, 我公司决定统一基准, 始终以两顶工艺加工所有的尺寸。工艺流程为:粗车坯→精车小端→精车大头→精车外圆→拉花键→插内结合齿→倒尖角→滚齿→钻油孔→去毛刺→磨棱→剃齿→热处理→热后磨外圆→热后车内孔→检测。
首批工艺验证试制加工了50件, 全尺寸检测, 滚齿后检测的其中10个零件的尺寸见表2, 对应基准和 (1) ~ (6) 位置如图3所示。
(单位:mm)
从表2中 (1) ~ (5) 数据来看, 滚齿工序定位基准的精度满足滚齿所需要达到的精度要求, 而且数据比较稳定, 基本都在0.02mm以下。对比表1和表2数据, 新工艺滚齿基准精度的改善还是比较明显。虽然拉花键的跳动还不够稳定, 跳动范围0.01~0.07mm, 但后续滚齿、剃齿以及磨外圆工序都没有使用该基准, 所以对后续加工并没有影响。
表2中 (6) 尺寸显示, 滚齿定位面精度更好, 但齿轮径向圆跳动反而更差, 这是因为新工艺中滚齿更改了更靠近外圆的定位端面定位 (见图3) 。更改基准是因为考虑到产品刚性的问题, 越靠近滚齿加工位置受力更好, 但越大的外圆, 精车的精度也会相对更差。
从表2中剃齿径向圆跳动尺寸可以看出, 虽然滚齿径向圆跳动偏大, 但都被剃齿纠正过来了, 所以最终产品热处理前能够达到要求。
热处理后产品抽检了20件, 其中10个零件的检测结果见表3, (1) 、 (2) 对应位置如图4所示。
(单位:mm)
从表3可以看出, 热后产品均能满足图样要求。经双啮检测发现, 最终产品能够满足热后数据要求 (F"i≤0.055, f"i≤0.013) 。成品齿形、齿向也能够满足图样要求。
工艺改进后, 批量加工了300件产品, 跟踪发现没出现异常情况, 均能够满足要求。现在我公司已经按此工艺批量在加工, 至目前为止, 已加工约1000件产品, 尺寸均较稳定, 成品合格率较高。
结语
两顶工艺路线为输入齿轮的最终优化工艺, 其优势在于:精车后的几何公差稳定, 能满足滚齿要求;滚齿齿圈跳动稳定, 更好地保证了产品质量稳定性;两顶加工, 剃齿装夹方便, 效率得到提高;双啮径向综合误差更稳定, 不合格率较低;成品的齿形齿向较好。
谈特大型齿轮加工工艺方案 篇8
特大型齿轮特点是尺寸大, 重量大, 轮齿模数大, 齿数多。加工中存在诸多困难, 导致很多企业望而生畏, 不敢涉足。加工特大型齿轮要解决的三个主要问题。
(1) 轮齿的尺寸精度和表面质量的保证;
(2) 齿轮变形的预防和控制;
(3) 提高加工效率, 减少加工时间。
超大型齿轮是铸造毛坯, 尺寸大, 热处理不方便或热处理效果不好, 其内部存在的铸造应力消除困难, 应力不断变化, 将导致齿轮变形。在机加工中, 由于切削力的作用, 使齿轮毛坯内部产生新的应力, 原残余应力不断释放, 新的应力不断产生和变化, 使齿轮毛坯内部存在十分复杂的应力分布。这些应力导致齿轮变形。变形特征是半齿轮对口处向外扩张, 组成整个齿轮后, 形成椭圆, 剖分面对口处出现较大开口。该处齿槽宽尺寸变大, 节距变大。齿轮工作时出现周期性震动。
特大型齿轮由于尺寸大, 重量重, 加工难度很大, 加工中齿轮的变形影响加工质量, 机床的震动影响加工质量, 刀具的选择影响加工质量, 工艺方案的确定影响加工质量。大齿轮的主要质量精度指标包括齿厚误差, 齿形误差, 周节误差, 齿面粗糙度, 齿顶圆和齿端面跳动误差等。要保证齿轮的加工质量, 需要确定科学合理的加工工艺方案, 采用高精度的加工机床, 选用合适的加工刀具。
某矿山机械生产企业, 多年生产重型机械设备。2008年加工一件特大型齿轮, 齿轮直径Φ9 039mm, 获得成功, 并取得很好的加工经验。本文以该齿轮加工为例, 谈其加工工艺方案。
大齿轮材质为ZG35Cr Mo, 模数M=40mm, 齿数Z=224, 齿顶圆直径Φ9 039mm, 分度圆直径Φ8 960mm, 齿宽b=680mm, 整体重量52t。热处理硬度HBS225~260。加工精度9级 (GB10095—2001) 。
1 划线与加工找正
齿轮毛坯上机床之前的第一道工序是划线, 划线包括毛坯中心十字线, 对口结合面线, 轮缘线, 齿宽中分面线, 齿宽端面线, 齿轮外圆线等。通过划线可以检查齿轮毛坯各部的加工余量是否合格, 检查齿轮各部尺寸的大小, 通过划线可以保证齿轮轮缘的厚度和对口结合面法兰的厚度均匀, 通过划线确定中分面线, 从而划出两端面线, 保证两端面与辐板对称。
机加工第一道工序是加工对口结合面, 可以在刨床上加工, 也可以在镗床上加工, 可以单半齿轮加工, 也可以两个半齿轮毛坯叠放在一起加工, 加工中按已划出的外圆线和结合面线对齐, 按两半齿轮毛坯中分面线找平, 按结合面线找正。第二道工序是上立车整圆加工外圆和端面, 要以毛坯中心十字线为基准, 毛坯中心十字线应与机床工作台中心重合, 以外圆线找正。齿轮加工以外圆为基准找正。
2 加工工艺合理安排及特点
2.1 加工中的“三个阶段”
齿轮在加工中分三个阶段, 粗加工, 半精加工和精加工。
粗加工包括粗加工对口结合平面, 粗加工对口螺孔, 粗加工外圆及端面, 粗加工齿形, 采用铣齿加工方法。
半精加工包括半精加工对口结合平面, 半精加工对口螺孔, 半精加工外圆及两端面, 半精铣齿形。
精加工包括精加工对口结合平面, 精加工对口螺孔, 精加工外圆及两端面, 精滚加工齿形, 完成。
三个阶段加工各部位预留余量及加工尺寸见表1。
2.2 加工中的“三次组合”和“三次拆卸”
为充分释放齿轮毛坯内存在的应力, 控制变形, 加工中实行“三次组合”和“三次拆卸”的步骤。
对口粗加工后, 将两半齿轮毛坯组成整圆 (第一次组合) , 粗加工外圆及两端面, 上滚齿机粗加工齿形, 然后拆开 (第一次拆开) , 释放应力。
对口半精加工后, 将两半齿轮毛坯二次组圆, (第二次组合) , 进行其他部位半精加工, 然后拆开释放应力 (二次拆开) 。
对口精加工后, 将两半齿轮毛坯第三次组圆, (第三次组合) , 进行其他部位精加工, 然后拆开释放应力 (第三次拆开) 。
2.3 加工中的“三个结合”
2.3.1 热处理和时效处理与机加工相结合
齿轮毛坯为铸造毛坯。其内部存在铸造应力, 在机加工过程中, 由于切削力作用, 也会在毛坯内部产生应力, 这些应力的存在会导致齿轮产生变形, 所以必须进行释放应力的处理。
毛坯铸造后, 进行正火处理, 消除其内部残余应力, 正火温度850℃, 保温, 取出空冷。
粗加工后进行二次正火处理, 消除加工应力。
齿轮在半精加工后, 拆开进行自然时效处理, 时效时间2周。
齿轮精加工完成后, 拆开进行二次自然时效处理, 时效时间1~2周。
时效处理后, 再次组圆, 进行整体检查, 包括径向跳动, 端面跳动等, 对称检查8个点, 检查直径方向变形量, 最大变形小于2mm为合格。
2.3.2 车加工和铣齿加工相结合
三个阶段加工, 每次都包括车外圆和铣齿, 车加工和铣齿加工相结合, 通过多次车加工和齿形加工, 不断释放应力, 有利于控制变形。
2.3.3 铣齿加工和滚齿加工相结合
齿形加工分粗铣齿, 半精铣齿和精滚齿加工。齿形粗加工采用铣齿, 可以提高加工效率, 减小滚刀的磨损和消耗。
粗铣齿采用模数M=28的指形铣刀, 铣刀为四刃刀, 该种铣刀强度高, 抗冲击, 耐磨损, 适于粗加工。铣齿从对口缝开始, 对口缝在齿谷中间, 按“米”字形对称跳跃式加工。铣刀降刀量为0.07~0.08mm/r, 刀具转速80~85r/min。
半精铣齿采用模数M=36指形铣刀, 铣刀为六刃刀, 该种铣刀可以提高加工精度。加工方式与粗铣齿一样。铣刀降刀量为0.07~0.08mm/r, 刀具转速80~85r/min。
精加工齿形采用模数M=40的滚刀, 滚刀为机夹硬质合金滚刀, 分两刀加工, 第一刀吃刀深度3mm, 进给量0.7mm/r, 第二刀吃刀深度2mm, 进给量0.9mm/r。
3 结语
汽车齿轮模具的退火工艺漫谈 篇9
1 实验材料与方法
(1) 试验材料及热处理工艺。
为了保证实验的有效性, 本文所采取的试验材料为20Cr Mn Mo汽车齿轮模具, 其成分采用Q6型火花直读光谱仪与GC——508A高频红外硫磷分析仪进行分析。相对来说, 试验材料在选取的时候, 既要有一定的代表性, 又不能过于大众化。目前的汽车行业发展迅速, 很多的汽车齿轮都发生了较大的变化, 如果一味的在大众化方面努力, 并没有办法得到一个理想的效果。20Cr Mn Mo汽车齿轮模具在目前的应用当中, 虽然拥有广泛的使用基础, 但是自身具有一定的技术性, 并不违反材料的选择规则, 同时利用这种材料, 能够让退火工艺的效果更加明显。经过一定的试验, 锻造后未进行退火处理的试样编号为试样1#, 试样2#~4#分别进行不同的退火处理。
(2) 表面硬度测试。
在汽车齿轮模具的退火工艺当中, 表面硬度测试是一个非常重要的考量标准。为了保证在试验的过程中, 不会出现太大的误差, 科研人员主要是将试样的表面硬度测试放在HBE——3000A型布氏硬度计上进行。在测试之前, 必须保证试样的表面光滑平坦, 如果出现一丝丝的凹凸痕迹, 都会影响最后的测试结果。同时, 一定要避免试样的表面存在杂质, 否则同样会影响最后的测试结果。主要观察的指标有:是否存在氧化脱皮, 是否有脱碳层或者其他的污物。为了保证测试结果具有较高的可信度, 在试样表面选取了5个点进行硬度测试, 将平均值作为试样的表面硬度。
2 结果及讨论
(1) 表面硬度测试结果及讨论。
从试样1#~试样4#的表面硬度测试结果如表1所示, 从四个试样来看, 试样3#的表面硬度较低, 而试样2#和试样4#相对3#来说, 其硬度值要高一些。试样1#的硬度值降低了91HB。根据最后的结果分析, 20Cr Mn Mo汽车齿轮模具锻造后的表面硬度, 受退火加热温度的影响较大, 二者之间主要呈现出正比的关系, 也就是说当退货加热温度在降低到某一个值以后, 20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的表面硬度也会降低相应的幅度, 甚至是更低。经过详细的统计和分析, 再加上2#~4#的对比分析, 当退火工艺的温度为830℃的时候, 比较有利于降低20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的硬度, 同时可以在此期间, 更好的改善其切削加工性能。
(2) 冲击试验结果及讨论。
在冲击试验当中, 韧性是一个非常关键的评价指标, 它能够从根本上对汽车齿轮模具性能做出一个客观的判断, 并且对日后的生产、加工提供数据上的支持和质量上的保证。从工艺的角度来说, 韧性决定了汽车齿轮模具在冲击力作用下抵抗破裂或者断裂的能力。从试验结果来看, 3#的退火工艺, 能够从客观上提高20Cr Mn Mo汽车齿轮模具的韧性, 并且最大限度的延长模具的使用寿命。对于汽车齿轮模具来说, 韧性可以说是一个硬性的要求, 韧性越高, 那么发生脆断的可能性就越小, 同时在抗疲劳的性能上, 也能提升到较高的层次, 从而在使用寿命当中, 也可以得到一个理想的结果。
3 对汽车齿轮模具退火工艺的思考
(1) 温度的控制。
就目前的情况来说, 在退火工艺参数相同的情况下, 虽然77℃, 890℃的温度都能够得到一个较好的结果, 但是远远没有830℃的效果理想。相对而言, 当退火工艺集结在830℃的时候, 能够降低20 Cr Mn Mo汽车齿轮模具在锻造以后的硬度, 不至于发生脆断这种情况。另外, 经过830℃的工艺加工, 20 Cr Mn Mo汽车齿轮模具实现了细化晶粒、延长模具寿命的效果。其实, 在退火工艺当中, 830℃并不是一个硬性的要求, 可以根据实际的工作需求, 来稍微提升或者下降一定的温度数值, 只要能够保证汽车齿轮的模具质量就好。
(2) 工艺性能控制。
在目前的测试当中, 汽车齿轮模具的退火工艺在830℃的数值时, 能够得到一个良好的齿轮模具。本文认为, 在日后的工作当中, 可以采用8230℃×2 h加热, 并在650℃保温5 h后空冷的退火工艺, 能够得到一个较高的性能比。经过详细的统计和分析, 此时的表面硬度能够降到98 HB, 剪切断面率达到了89%, 是一个很大的进步。另一方面, 所有的碳化物都呈现出颗粒状, 分散在基体当中。我国目前的汽车行业正在蓬勃发展, 汽车齿轮模具的退火工艺对汽车来说, 至关重要。今后必须不断的革新工艺, 在温度、韧性以及使用寿命等方面, 进一步提升, 让日后生产出来的齿轮能够具有更好的性能。
总结:本文对汽车齿轮模具的退火工艺进行了一定的阐述, 主要以20Cr Mn Mo汽车齿轮模具为例, 进行了详细的分析。现阶段的情况已经非常明朗, 退火工艺的确能够得到理想的结果, 并且提升齿轮的性能。日后可以进行广泛的应用, 同时根据各个地区的实际需求以及汽车齿轮的未来发展, 进行针对性的优化工作。相信在以后的发展中, 汽车齿轮模具退火工艺一定可以提升到一个全新的高度。
摘要：汽车齿轮模具在加工齿轮的时候, 具有非常重要的作用, 从客观的角度来说, 汽车齿轮模具的加工生产工艺是一项核心环节, 对很多方面的工作都有很重要的影响。相对来说, 退火工艺在目前得到了很大程度上的重视, 并且在汽车齿轮模具的加工、生产以及维修当中, 表现出了较高的水准。另一方面, 汽车的数量在不断的增加, 相关模具以及各项加工工艺都要得到较大的提升, 否则很难满足社会上的需求。
关键词：汽车,齿轮模具,退火工艺
参考文献
[1]朱祖昌.热处理技术发展和热处理行业市场的分析[J].热处理, 2009 (4) .
[2]胡月娣, 赵增爵, 沈介国.离子渗氮技术及其应用[J].热处理, 2009 (1) .
齿轮副的变位修复和工艺改善 篇10
梅山热轧板厂分卷线卷取机主传动为二级齿轮传动。齿轮传动系统示意图如图1所示, 其Ⅲ轴大齿轮安装在卷筒主轴上, 与卷筒成为一体, 卷筒组件共有2套, 以半年为周期交叉使用和维护, 而大齿轮也随之进行周期维护和保养。在这种情况下, Ⅱ轴小齿轮需要和2个Ⅲ轴大齿轮进行配对使用, 加剧了Ⅱ轴小齿轮的磨损, 同时也交叉加剧了Ⅲ轴大齿轮的磨损。梅山热轧板厂曾经采用2个Ⅱ轴小齿轮分别配对Ⅲ轴大齿轮使用的方案, 磨损情况虽有改善, 但也使与Ⅰ轴齿轮配对的Ⅱ轴大齿轮, 因多次的拆装而报废。1993年至1999年之间, 几乎每3年就需要更新一组齿轮 (3只) 。2000年将软齿面改为中硬齿面后, Ⅱ轴小齿轮的磨损更加严重。2004年初针对磨损的一对齿轮和Ⅱ轴小齿轮, 提出了利用变位技术来维修大齿轮, 同时对齿轮副的粗糙度、硬度、热处理监控及齿轮表面硬度软化等进行规范和要求, 经过3年的使用, 磨损情况有明显改善。
1.电机, 850 kW, 0～300/1 200 r/min;2.齿轮轴Ⅰ (小齿轮1) ;3.齿轮轴Ⅱ (小齿轮2) ;4.Ⅱ轴大齿轮 (大齿轮1) ;5.Ⅲ轴大齿轮 (大齿轮2) 。
2大齿轮2变位修复
2.1齿轮参数
齿轮的主要参数见表1。齿轮的材质为42CrMo, 原设计硬度为HRC26, 后改硬度为HRC37。
2.2大齿轮2磨损状况测量
大齿轮2共有2只, 与小齿轮2交替使用, 分别称为大齿轮A、大齿轮B。其磨损状况的测量见表2。
2.3齿面磨损量估算
齿轮为单侧啮合, 单侧磨损较为严重, 另外一侧仅有少许点蚀和贝壳坑, 深度不超过0.1 mm (ΔS″=0.1 mm) 。由表2可以看出, 大齿轮齿面单侧磨损量为ΔS′≤561.568-559.200=2.368 mm, 存在Δwk=ΔSmax=ΔS′+ΔS″=2.468 mm。
由下式[1]
undefined
可以确定大齿轮2变位系数的范围:x<-0.23。按此变位修复的大齿轮2就可以得到全新的齿面。从实际维修的角度出发, 磨损的大齿轮设计为负变位, 同时小齿轮2为正变位, 大齿轮2负变位的变位传动有利于降低传动的振动、延长小齿轮2的寿命。
2.4齿轮变位系数选定
从变位系数的“线位图” (见图2) 上可以查找并确定大齿轮2的变位系数[2]。按照大小齿轮齿数比undefined, 依④ 线和20°压力角线, 可选择大齿轮2的变位系数x2=-0.32, 满足x<-0.23的要求。再根据零变位的原则, 小齿轮2的变位系数确定为x1=0.32。同时, 根据x2=-0.32, 由|2xmsinα|>|ΔS|可以得出, 当齿面磨损厚度S≤3.5时, 都可以用x2=-0.32来变位修正。
2.5齿轮工艺参数调整
按选定的变位系数对齿轮的原工艺参数进行调整, 并拟定变位齿轮的全齿高与标准齿轮的齿高相等, 即齿高系数h*=1.0, 计算结果见表3。
3齿轮强度校核
3.1齿根弯曲强度校核
正变位齿轮的齿厚比其标准齿轮的齿厚大, 即抗弯的强度变大。小齿轮2采用正变位设计后, 其齿根弯曲强度提高, 不必再进行校核。大齿轮2由于采用的是负变位设计, 分度圆及齿根处的齿厚比标准齿轮的齿厚减少了, 齿根弯曲强度也有所变化, 故需对其齿根的弯曲强度进行核算。
由齿根弯曲强度公式[2]
undefined
式中 σF为齿根弯曲强度;K为载荷系数;T为转距;YFa为齿形系数;YSa为应力修整系数;Yεa为重合度系数;b为齿宽;d为直径。
得到
undefined
式中 上标“′ ”表示变位前的齿轮参数;上标“″ ”表示变位后的齿轮参数。
通过查图可得到[2]:
x2=-0.32、z=82, 得Y″Fa=2.35;x2=0, 得Y′Fa=2.28;
x2=-0.32、z=82, 得Y″Sa=1.62;x2=0, 得Y′Sa=1.75;
x=0、αn=20°, 得αt=20°;z=82、αt=20°, 得undefined, 则εa=0.8。
查得Yε=1;通过计算:η=1.04。
各结果列表如表4所示, 即大齿轮2经过负变位设计后, 齿根弯曲应力是原来的1.04倍, 基本上保持了变位前的抗弯曲能力。
3.2接触强度校核
齿面接触强度[2]
undefined
式中 ZH为节点区域系数, 由x=0、β=0°、αn=20°, 查得ZH=1.5;ZE为弹性系数, Z′E=Z″E;Zε为重合度系数, 当εa≤1时[2], Zε=1。
从上述数据可以发现, 变位前后的σH相同, 未造成接触应力的增加。
3.3其他校核
在对应力校核的同时, 也对正变位的小齿轮2齿顶厚度、根切最少齿数、顶切最少齿数、必要的重合度、啮合不干涉等进行校核, 结果均合格。
4工艺优化
大齿轮2进行变位修复后, 必须新制一个正变位的小齿轮2与之配对使用。为了强化新制小齿轮2轮齿的表面质量, 增加使用寿命, 对新制小齿轮2轮齿的加工精度、表面硬度、齿面软化、热处理等提出了具体要求。
4.1齿面硬度与加工精度选择
为了提高齿轮的耐磨性能, 有必要提高齿面硬度。在历次修复过程中发现齿面的耐磨性能不仅与硬度有关, 还与齿面的加工精度有关。在以往新制小齿轮2 (材料为42CrMo) 的使用中发现, 将其硬度由HRC26提高到HRC37时, 如果加工粗糙度不提高或仅由1.6提高到0.8, 则齿轮的使用寿命相差不大, 但当加工粗糙度提高到0.4时, 使用寿命可以提高达3倍, 其原因可能是软齿面对表面的细微缺陷不敏感、而硬齿面对表面的细微缺陷敏感所致。因此, 在此次修复中将硬度由HRC26提高为HRC37, 加工粗糙度由1.6至少提高到0.4, 有效硬化深度3.2 mm, 心部硬度为HRC26。
4.2齿面软化
本齿轮副在1996年新制时, 首次采用了中硬度 (HRC37) 齿面, 但小齿轮2的使用状况 (以单位面积的点蚀数为考量) 反而不如原来低硬度齿面。因为齿轮硬度和强度的提高, 降低了小齿轮2的塑性。齿面屈服强度越高, 齿面塑变的可能性越小, 尤其对曲率半径较小的小齿轮, 更为严重。因此增强齿面的塑性成为解决问题的关键。经研究决定, 利用铁素体屈服强度较低的特点, 作为易塑变的介质存在于调质基体组织内, 进而达到工业跑合改善齿面接触精度而均载的目的。
为此, 在2002年新制小齿轮2时, 采用亚温淬火工艺, 将原来的加热到高温860 °C、30 min (盐浴炉) 、油淬、560 ℃回火1 h的热处理工艺, 改为790 ℃ 、10 min (盐浴炉) 、油淬、560 ℃回火1 h的热处理工艺。本工艺使铁素体 (F) 的含量由0%上升为3%左右, 从而大大的提高了齿面的塑性, 使局部过载区微塑变, 达到了早期跑合均载目的。本齿轮使用了3年, 齿面状况及磨损远好于前几次修复或新制的齿面状况。
4.3热处理监控
本齿轮副材料为42CrMo, 高温高硬度 (HRC37) 热处理工艺为高温860 ℃、30 min、油淬、560 ℃回火1 h, 有效硬化深度3.2 mm, 心部硬度HRC26。在调质过程中, 淬火硬度往往达不到热处理的技术要求, 而厂家常常采用较低回火温度的办法来使硬度达到要求, 这就导致了齿轮心部塑性和韧性的下降。在调质处理检查时, 须对热处理过程进行监控, 防止厂家以较低回火温度来增加硬度的情况发生。
5结束语
通过对大齿轮2进行变位修复, 对小齿轮2进行配对新制, 且对其热处理工艺、加工精度等技术要求进行改善, 对加工的过程进行监控, 有效地解决了齿轮的磨损情况。
参考文献
[1]叶克明.齿轮手册[M].北京:机械工业出版社, 1990.