挖跟齒輪加工工藝研究

王曉俠

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

引言

挖跟齒輪的質(zhì)量直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。經(jīng)過(guò)多次調(diào)整加工方法及實(shí)驗(yàn)，在較短周期中完成了對(duì)加工過(guò)程的分析并成功加工出了一批合格零件。

一、加工流程

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(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行輪齒的粗加工。齒輪粗加工要選擇好基準(zhǔn)，基準(zhǔn)的確定對(duì)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(duì)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(shí)，要考慮磨齒時(shí)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(zhǔn)，因此在滾齒時(shí)對(duì)輪齒齒形跳動(dòng)量也要加以限制， 避免磨齒時(shí)余量不一致，造成齒面滲層不均勻而減小齒面耐磨性。

2 齒輪的熱處理。齒輪輪體和輪齒部位經(jīng)過(guò)粗加工后,為了達(dá)到設(shè)計(jì)圖要求，一般要進(jìn)行熱處理，例如輪齒滲碳、淬火、氰化、氮化等，以改善材料的機(jī)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(hù)法，滲碳后要進(jìn)行半精加工，去除保護(hù)余量，再進(jìn)行淬火。

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(zhǔn)備。半精加工主要是車削、磨削、精加工基準(zhǔn)的修正等。滲碳淬火中用余量保護(hù)的齒輪，其滲碳、淬火分成兩道工序，中間要進(jìn)行去除保護(hù)余量的半精加工。

4 齒輪的精加工。齒輪輪體的精加工主要包括零件的精密表面（主要是軸承外圓及端面）的精加工及光整加工；也包括對(duì)齒輪上內(nèi)外花鍵的滾、插、拉削加工；螺紋的磨、銑、車加工；鍵槽的銑、插加工；工藝扁臺(tái)的銑削；減輕孔的鉆鉸等。這些工序多安排在軸承外圓的精加工及輪齒的精加工（磨齒）之前；也有考慮精加工軸承外圓及輪齒的基準(zhǔn)問(wèn)題，而將上述個(gè)別工序排在精磨外圓及磨齒之后的。

齒輪精度多為6～7級(jí)，最高為5級(jí)。根據(jù)齒輪精度等級(jí)，直齒圓柱齒輪的輪齒精加工多采用磨齒。齒輪為6級(jí)精度，用磨齒機(jī)進(jìn)行磨齒。磨齒時(shí)要選擇合適的切削參數(shù)，避免磨削燒傷及裂紋。磨齒后進(jìn)行低溫回火（一般150℃左右）和燒傷檢查（用化學(xué)方法）。

二、加工中出現(xiàn)的問(wèn)題、解決方法及改進(jìn)效果

目前挖跟齒輪主要出現(xiàn)問(wèn)題是齒形不合格及齒面出現(xiàn)裂紋。

1 齒形不合格原因分析、解決方案及改進(jìn)效果

一般在制齒工序中，齒輪在齒根圓上，根據(jù)使用要求不同有下列四種情況：

（1）齒根圓留有適當(dāng)?shù)哪ハ饔嗔?，?duì)于中早期設(shè)計(jì)的齒輪，要求齒根圓進(jìn)行磨削，因此齒根圓留磨削余量0.1mm～0.4mm（直徑方向）。滾齒的齒根過(guò)渡曲線R與磨齒的齒根過(guò)渡曲線R相同，這樣在磨齒時(shí)，齒根圓和齒根R過(guò)渡曲線全部磨光，齒根圓與齒型面轉(zhuǎn)接圓滑。（2）齒根圓留磨削余量應(yīng)很少，齒根圓余量0～0.2mm（直徑方向），磨齒齒根有可能磨不圓，設(shè)計(jì)要求允許齒根圓磨削不完整，但齒根過(guò)渡曲線R與齒輪漸開(kāi)線型面必須光滑轉(zhuǎn)接。（3）齒根允許留有磨削臺(tái)階，其齒根形狀滾齒時(shí)按要求留R進(jìn)行齒根底徑加工，齒根底徑完全不磨削，磨齒時(shí)只磨削齒面。（4）齒根為一個(gè)圓弧的齒底（挖根齒輪），用特殊專用大頭滾刀加工出R1min，齒面留出磨齒余量，磨齒型面時(shí)齒根不磨削。

另外在磨齒工序中，因磨齒工藝是硬齒面齒輪的精加工工藝，也是精密齒輪的主要加工工藝，故主要用采用高精度磨齒機(jī)加工，這樣才能可以滿足挖跟齒輪的要求。但磨齒的缺點(diǎn)是砂輪修整費(fèi)時(shí)，金剛石修整筆的消耗量大，不適于單件或小批生產(chǎn)。

磨齒去余量的大小應(yīng)以除去齒面缺陷層，消除滲碳淬火變形，保證滲碳層規(guī)定厚度要求，達(dá)到齒輪磨齒精度的最小余量為準(zhǔn)，磨齒余量的均勻性對(duì)保證齒面質(zhì)量是十分重要的，磨齒余量不均勻性受下列三個(gè)因素影響：

齒輪的預(yù)加工滾齒等精度

滲碳、淬火的熱處理變形

熱處理后修正基準(zhǔn)加工中產(chǎn)生的誤差

在工藝上要嚴(yán)格控制上述三個(gè)因素造成的誤差，才能獲得均勻而較小的磨齒余量。

通過(guò)以上分析得出產(chǎn)生齒形不合格的原因有以下四個(gè)方面：（1）滾齒工序的滾齒刀挖根對(duì)稱度不好；（2）滾齒刀漸開(kāi)線起始圓不合格；（3）磨齒工序用頂尖加工，測(cè)量基準(zhǔn)與加工時(shí)裝夾基準(zhǔn)不統(tǒng)一；（4）磨齒設(shè)備精度不夠。

為解決此項(xiàng)問(wèn)題，針對(duì)產(chǎn)生的原因特制定以下方案：（1）對(duì)現(xiàn)有的滾齒刀進(jìn)行改磨，保證滾齒工序輪齒的漸開(kāi)線起始圓及挖根對(duì)稱合格，為磨齒工序打好基礎(chǔ)。（2）派制專用工裝，統(tǒng)一加工時(shí)裝夾基準(zhǔn)及測(cè)量基準(zhǔn)。（3）加大磨齒余量，磨齒分為粗磨及精磨兩道工序，減小精磨余量。

根據(jù)以上方案對(duì)現(xiàn)有的滾齒刀進(jìn)行改磨、統(tǒng)一加工時(shí)裝夾基準(zhǔn)、調(diào)整磨削余量后，有如下改進(jìn)效果：（1）滾齒工序投影檢查的漸開(kāi)線起始圓合格且挖根對(duì)稱性好。（2）磨齒工序加工時(shí)間延長(zhǎng)，磨齒加后齒形齒向尺寸均合格。

2 齒面裂紋原因分析、解決方案及改進(jìn)效果。原因分析：（1）滾齒工序后的打磨輪齒及挖根倒角不均勻，熱處理工序時(shí)殘余應(yīng)力在輪齒尖邊處釋放，造成裂紋。（2）磨齒加工時(shí)震動(dòng)過(guò)大產(chǎn)生磨削裂紋。

解決方案。（1）對(duì)打磨倒角工序進(jìn)行控制，嚴(yán)格把關(guān)，確保倒角的均勻性。（2）在打磨倒角工序之后和磨齒加工之前加上光整工序，光整加工能有效去除零件表面的毛刺等，在原工件表面上可靠地細(xì)化表面粗糙度1～2個(gè)等級(jí)，提高零件表面層硬度，從而可延長(zhǎng)零件的使用壽命。（3）磨齒工序派制專用夾具，確保加工的穩(wěn)定性。（4）磨齒工序分為粗、精兩道工序，減小磨削震動(dòng)。

改進(jìn)效果。（1）熱處理后零件未出現(xiàn)表面裂紋。（2）磨齒工序后經(jīng)過(guò)探傷，未發(fā)現(xiàn)輪齒表面出現(xiàn)裂紋。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員及現(xiàn)場(chǎng)操作人員的共同努力，總結(jié)出挖跟齒輪加工時(shí)存在的問(wèn)題，并加以解決，最終完成現(xiàn)行的加工流程，達(dá)到了滿意的結(jié)果。

[1] 李先廣.當(dāng)代先進(jìn)制齒及制齒機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2003.

[2] 張捷.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].四川：西南交通大學(xué)出版社，2006.