硬齒面齒輪加工技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景分析

張晨 常坤 仝海冰

摘 要：本文主要研究硬齒面齒輪加工技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景，首先對(duì)硬齒面齒輪加工現(xiàn)狀及工藝流程進(jìn)行介紹，了解硬齒面齒輪加工的基本特點(diǎn)，重點(diǎn)分析當(dāng)前硬齒面齒輪的加工制造技術(shù)，在此基礎(chǔ)上展望未來(lái)硬齒面齒輪加工的發(fā)展前景，希望通過(guò)本文的研究能夠形成對(duì)于硬齒面齒輪加工的全面認(rèn)識(shí)，同時(shí)業(yè)務(wù)后期更好的加工制造硬齒面齒輪提供參考。

關(guān)鍵詞：硬齒面齒輪;加工技術(shù);發(fā)展前景;滾齒

1引言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)水平也不斷提高，與此同時(shí)，各產(chǎn)業(yè)對(duì)于機(jī)械設(shè)備的制造質(zhì)量也提出更高的要求，其中齒輪作為最重要的機(jī)械零件之一，其生產(chǎn)質(zhì)量與機(jī)械設(shè)備的使用性能直接相關(guān)，因此在現(xiàn)階段加強(qiáng)硬齒面齒輪加工技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景的研究是十分必要的，能夠更加全面的認(rèn)識(shí)硬齒面齒輪加工制造的現(xiàn)狀及工藝流程以及各種齒輪加工制造技術(shù)、未來(lái)發(fā)展前景，從而研究制定更加合理的加工制造方案進(jìn)行硬齒面齒輪的加工。

2硬齒面齒輪加工現(xiàn)狀及工藝流程

硬齒面齒輪的加工要求主要滿(mǎn)足高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命、高承載力、高硬度以及高精度等要求，近年來(lái)機(jī)械設(shè)備裝配使用對(duì)于硬齒面齒輪的齒面質(zhì)量和傳動(dòng)性要求也不斷提高。硬齒面齒輪的加工屬于與國(guó)家安全相關(guān)的尖端科技，也是國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略需求，因此關(guān)于硬齒面齒輪加工技術(shù)的要求就是要同時(shí)滿(mǎn)足提高質(zhì)量、效益并降低成本，而且要高效利用精加工工藝材料。近年來(lái)與硬齒面齒輪精細(xì)加工相關(guān)的刀具涂層技術(shù)、超硬磨粒T具技術(shù)以及硬質(zhì)合金材料技術(shù)、齒輪精加工機(jī)床制備技術(shù)不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)硬齒面齒輪的加工精度不斷提升，相應(yīng)的加工成本顯著降低。目前國(guó)內(nèi)硬齒面齒輪的加工制造技術(shù)主要包括磨齒、刮削和剃齒等。

一般情況下，硬齒面齒輪的加工生產(chǎn)工藝流程為先制造齒胚，然后進(jìn)行滾齒，之后利用抗熱變形和剃齒刀凸形齒等對(duì)齒輪修形，之后再進(jìn)行剃齒，最后依次經(jīng)過(guò)滲碳、淬火和回穩(wěn)處理得到成品，檢驗(yàn)合格后得到產(chǎn)品。

3硬齒面齒輪加工技術(shù)類(lèi)別及應(yīng)用

當(dāng)前國(guó)內(nèi)硬齒面齒輪的加工技術(shù)可以分為兩種，分別以齒輪剃齒和滾齒磨齒為主要技術(shù)，前者稱(chēng)為剃齒工藝，后者稱(chēng)為磨齒工藝。磨齒機(jī)床設(shè)備的工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且生產(chǎn)效率相對(duì)偏低，而且在生產(chǎn)中需要預(yù)留磨削余量才能保障磨削工藝進(jìn)行，因此會(huì)造成較大的材料資源浪費(fèi)，不適合在大批量齒輪的生產(chǎn)中使用。相對(duì)而言，剃齒工藝的加工制造過(guò)程更加靈活，而且齒輪的生產(chǎn)效率更高，生產(chǎn)使用的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)程度更高，因此在硬齒面齒輪的實(shí)際進(jìn)行生產(chǎn)加工過(guò)程中剃齒技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。但是兩種工藝加工完齒輪后，經(jīng)過(guò)熱處理淬火后，齒輪的表面會(huì)變成硬齒面，并發(fā)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致齒輪精度下降，這種下降一般會(huì)達(dá)到1到2級(jí)，而且剃齒容易導(dǎo)致齒面出現(xiàn)凹凸問(wèn)題。使用剃齒工藝加工制作高級(jí)齒輪的關(guān)鍵是解決處理熱處理問(wèn)題，避免出現(xiàn)齒輪精度降低和凹凸齒形的難題問(wèn)題。

3.1 硬齒面齒輪滾齒加工技術(shù)

滾齒是硬齒面齒輪加工中最常用的技術(shù)之一，其生產(chǎn)效率相對(duì)較高。使用滾齒技術(shù)加工齒輪一般是使用高速鋼材料，能夠提升滾齒機(jī)設(shè)備的運(yùn)行性能，而且有利于發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。除此之外，還可以利用硬質(zhì)合金進(jìn)行滾齒加工，有利于提高齒輪的齒面硬度。同時(shí)可以配合使用刀具涂層技術(shù)對(duì)滾齒機(jī)的滾齒表面進(jìn)行保護(hù)，調(diào)高設(shè)備的使用壽命和生產(chǎn)效益。一般滾齒齒輪加工工藝主要在模數(shù)為2～40的齒輪加工中應(yīng)用，加工得到的齒輪齒面硬度能達(dá)到HRC40-64。一般滾齒技術(shù)可以作為齒輪磨齒加工前的預(yù)加工工藝，利用滾齒技術(shù)能夠去除淬火變形量，縮短磨齒時(shí)間，從而降低齒輪加工的成本。除此之外，應(yīng)用滾齒加工技術(shù)能夠避免裂縫和磨削灼傷問(wèn)題的出現(xiàn)，有利于硬化齒輪齒面，提升齒輪的疲勞強(qiáng)度。

3.2硬齒面齒輪剃齒加工技術(shù)

剃齒是一種精細(xì)加工齒輪的方法，一般主要在直齒或斜齒輪加工中使用，而且應(yīng)用剃齒技術(shù)能夠修復(fù)齒形的誤差以及齒距、齒向，從而達(dá)到較高的齒輪質(zhì)量和精度。剃齒加工工藝一般是針對(duì)未淬火處理過(guò)的齒輪進(jìn)行加工，因此制造的齒輪耐用性強(qiáng)，而且生產(chǎn)效率較高。利用剃齒加工工藝能夠提升機(jī)床的運(yùn)作效率及機(jī)床運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，從而更加有效的實(shí)現(xiàn)齒輪加工機(jī)床的移動(dòng)作業(yè)。采用徑向剃齒加工工藝能夠避免在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)齒輪無(wú)周期變化的情況。在實(shí)際加工傳動(dòng)過(guò)程中，齒輪不會(huì)出現(xiàn)異常的激振頻率，因此加工制造的噪聲會(huì)更低，環(huán)境更加溫和。

3.3 硬齒面齒輪插齒加工技術(shù)

插齒加工技術(shù)是使用形狀為齒輪或齒條的工具，在加工過(guò)程中，齒輪工具與被加工的齒輪按照一定速度嚙合運(yùn)行，而且在加工過(guò)程中插齒刀具可以根據(jù)要加工的輪齒長(zhǎng)的方向往返運(yùn)行，從而切削完成齒輪的加工，這種加工工藝在多聯(lián)齒輪和內(nèi)齒輪的加工中應(yīng)用更廣泛。這種加工技術(shù)不適合切制模數(shù)較大的齒輪，加工過(guò)程中的插齒速度容易被各種外界因素影響，難以實(shí)現(xiàn)高效化的切削加工，而且會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，因此，更適合在多齒數(shù)、小模數(shù)齒輪的生產(chǎn)加工中應(yīng)用。

3.4 材料處理工藝

硬齒面齒輪的齒面強(qiáng)度直接關(guān)系到齒面的承載能力，齒面的硬度越高，齒輪整體的承載能力就越高。一般嚙合齒輪的齒面硬度高于 350HBW的齒輪稱(chēng)為硬齒面齒輪，在加工中選擇使用優(yōu)質(zhì)合金更有利于提高齒輪的彎曲強(qiáng)度，同時(shí)配合使用滲碳、淬火等處理工藝能夠更好的提升齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度、表面硬度以及接觸韌性。尤其是在大型齒輪零件加工中應(yīng)用淬火技術(shù)能提升齒輪零件的彎曲能力，獲得均勻一致的力學(xué)性能，進(jìn)一步提升合金鋼的淬硬度深度。

4硬齒面齒輪加工技術(shù)發(fā)展展望

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力水平也不斷提升進(jìn)步，創(chuàng)新硬齒面齒輪加工技術(shù)是未來(lái)硬齒面齒輪加工制造的主要發(fā)展方向。一方面是先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用使得傳統(tǒng)的機(jī)械化生產(chǎn)向逐漸轉(zhuǎn)向更加先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，原有生產(chǎn)中的機(jī)械誤差不斷下降，而且硬齒面齒輪加工制造的齒輪精度也不斷提升，更多先進(jìn)的數(shù)控剃齒機(jī)、滾齒機(jī)和插齒機(jī)都投入到齒輪生產(chǎn)制造中。

當(dāng)前在西方發(fā)達(dá)國(guó)家主要應(yīng)用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金滾刀進(jìn)行硬齒面齒輪的加工，其滾刀切削部分包括多個(gè)刀片，可以在刀片磨損后及時(shí)更換刀片，不需要現(xiàn)場(chǎng)磨削刀片，從而避免更換磨削刀片對(duì)生產(chǎn)制造造成的影響，可以保持較高的切削效率。而且當(dāng)前齒輪的生產(chǎn)制造普遍選擇磨削硬齒面齒輪的工藝，但是其生產(chǎn)效率相對(duì)較低，而且容易受到熱處理變形的影響，難以確保磨齒余量最小值，未來(lái)可以通過(guò)提升對(duì)砂輪的轉(zhuǎn)速或單次磨削深度來(lái)提升磨削效果，從而減少相關(guān)問(wèn)題。與此同時(shí)，需要采用更加先進(jìn)的熱處理工藝對(duì)齒輪進(jìn)行處理，降低齒輪變形量。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的分析可知，當(dāng)前硬齒面齒輪的加工存在諸多問(wèn)題，不利于保障加工質(zhì)量及效率。當(dāng)前使用的硬齒面齒輪加工技術(shù)主要包括滾齒、插齒和剃齒等，而且需要配合不同類(lèi)型的處理工藝。未來(lái)硬齒面齒輪的加工會(huì)趨向自動(dòng)化，技術(shù)水平也會(huì)不斷提高，磨削加工工藝的應(yīng)用會(huì)更加普遍。但是在硬齒面齒輪加工制造及行業(yè)發(fā)展過(guò)程中也會(huì)遇到更多更復(fù)雜的問(wèn)題，這就需要人們不斷加強(qiáng)對(duì)于硬齒面齒輪加工制造技術(shù)的研究，制定更加合理的加工方案，更好的保障硬齒面齒輪的加工制造質(zhì)量及精度。

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