漸開(kāi)線可用齒根圓不足原因分析

王曰輝，張曉飛，李紅紅，胡晉鈺，李剛

太原重工股份有限公司齒輪傳動(dòng)分公司 山西太原 030024

1 序言

滲碳淬火圓柱漸開(kāi)線齒輪磨齒后，公法線已達(dá)到零件圖樣下差要求，發(fā)現(xiàn)漸開(kāi)線可用齒根圓直徑不足。圖樣要求漸開(kāi)線起始圓直徑＜540.74mm，實(shí)測(cè)左齒面為φ542.73mm，右齒面為φ541mm，均不滿足圖樣技術(shù)要求[1-3]。

2 原因分析及試驗(yàn)驗(yàn)證

常見(jiàn)圓柱漸開(kāi)線滲碳淬火齒輪制造工藝流程為滾齒（銑齒）→齒端倒角→滲碳淬火→精車→磨齒。本零件齒形粗加工采用銑齒工藝，如圖1所示。

圖1 銑齒加工

通過(guò)工序流程結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際綜合分析，造成齒輪漸開(kāi)線起始圓直徑不足的原因主要有齒形粗加工刀具設(shè)計(jì)及制造問(wèn)題（滾刀或銑刀），滲碳淬火熱處理變形，滲碳后精車工序找正偏差，以及磨齒工序余量分配不均勻。

2.1 磨齒余量分配

由于齒輪的特殊性，齒輪滲碳淬火過(guò)程中會(huì)發(fā)生如橢圓、錐變、翹曲及腰鼓等類的變形，將造成齒輪原加工基準(zhǔn)（內(nèi)孔及端面）無(wú)法繼續(xù)作為精加工基準(zhǔn)。由于齒部金屬切除效率低，齒部相對(duì)內(nèi)孔、端面余量較少，滲碳淬火后精車過(guò)程中，目前常采用的方法是應(yīng)用節(jié)圓棒齒部節(jié)圓找正。如果齒部節(jié)圓找正不合理或未按齒部節(jié)圓找正，疊加熱處理變形，會(huì)進(jìn)一步造成齒部余量不均勻，因此，在磨齒前余量分配過(guò)程中，左齒面、右齒面不同齒，以及同齒不同齒寬方向的余量分配狀況，可直接反映熱處理變形與滲碳淬火后的精車找正偏差。

分別對(duì)齒輪第1、8、16和24齒的左右兩側(cè)齒面沿齒寬方向靠近兩側(cè)齒端及中間進(jìn)行齒部余量分配，余量分配結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 磨齒余量分配結(jié)果 （單位：mm）

從余量分配結(jié)果看，左齒面余量最大0.46mm（齒部留磨量0.40mm），最小0.26mm；右齒面余量最大0.40mm，最小0.26mm。對(duì)于同一齒，左齒面余量最大偏差0.11mm，右齒面最大偏差也是0.11mm。整體進(jìn)行余量分析，該零件熱處理變形及滲碳淬火后精車找正均滿足工藝設(shè)計(jì)要求。

2.2 齒形粗加工刀具設(shè)計(jì)及制造精度分析

齒形粗加工過(guò)程中，為了驗(yàn)證刀具設(shè)計(jì)及制造精度，一般應(yīng)留余量進(jìn)行檢測(cè)，但該零件齒形粗加工采用成形銑齒工藝，切削深度留余量后齒廓已不是漸開(kāi)線形，無(wú)法通過(guò)齒檢儀衡量，如圖2所示。

圖2 銑齒切削深度留余量齒廓對(duì)比

為了驗(yàn)證齒形粗加工刀具設(shè)計(jì)及制造精度，并減少熱處理變形，考慮到滲碳淬火后精車找正偏差，以及磨齒余量分配不均勻等多種因素影響，制造同齒外圓直徑試驗(yàn)件（齒寬及內(nèi)孔直徑可以不一致），采用相同的刀具、相同的切削深度粗切齒形（切削深度應(yīng)到粗切齒形要求的公法線尺寸），按照公法線跨齒數(shù)測(cè)量要求，跨5齒銑2齒，方便測(cè)量公法線，切齒滿足要求后不經(jīng)滲碳淬火，直接磨齒至公法線要求值，試驗(yàn)件切齒形狀如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)件切齒形狀

磨齒前對(duì)試驗(yàn)件銑齒精度進(jìn)行檢測(cè)，漸開(kāi)線起始點(diǎn)直徑550.7m m，與設(shè)計(jì)值相吻合。對(duì)齒部進(jìn)行單齒余量分配，左齒面最大0.41m m，最小0.40mm，右齒面最大0.41mm，最小0.40mm，左右齒面余量均勻且與工藝設(shè)計(jì)一致。磨齒后使用磨齒機(jī)自帶檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)，左齒面φ543mm，右齒面φ541mm，均與設(shè)計(jì)理論值不符，且不滿足圖樣技術(shù)要求。證明漸開(kāi)線可用齒根圓不足的原因?yàn)榈毒咴O(shè)計(jì)制造問(wèn)題，與滲碳淬火變形、精車找正偏差、磨齒余量分配不均勻均無(wú)關(guān)系。

2.3 改進(jìn)齒形粗加工刀具

經(jīng)過(guò)分析，造成該零件磨齒后齒輪漸開(kāi)線可用齒根圓不足的原因應(yīng)為齒形粗加工刀具制造精度不滿足使用要求，將齒形粗加工刀具更換為滾刀，改為滾齒工藝，如圖4所示。

圖4 滾齒加工

磨齒后用齒檢儀進(jìn)行檢測(cè)，漸開(kāi)線可用齒根圓直徑＜540.74mm，滿足圖樣要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

造成齒輪漸開(kāi)線起始圓直徑不足的原因主要有齒形粗加工刀具設(shè)計(jì)及制造問(wèn)題（滾刀或銑刀），滲碳淬火熱處理變形，滲碳后精車工序找正偏差，以及磨齒工序余量分配不均勻。成形銑齒工藝切削深度留余量后，齒廓形狀不再是漸開(kāi)線形齒廓，無(wú)法通過(guò)齒檢儀檢測(cè)齒廓精度，需制造同齒外圓直徑試驗(yàn)件進(jìn)行驗(yàn)證。為排除滲碳淬火變形，精車找正偏差，以及磨齒余量分配不均因素的影響，粗切齒后直接磨齒至公法線要求，驗(yàn)證刀具設(shè)計(jì)及制造精度，但此方法增加額外成本。研究成形銑齒工藝切削深度留余量后齒廓形狀檢測(cè)是另一個(gè)值得研究的課題。