齿轮加工工艺讲座

江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州齿轮加工工艺讲座讲课人：苏孟顺江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州、概述大家知道齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种形式，是机械产品的重要基础零部件。它与其他传动形式（像链传动、带传动、液压传动等）机械传动相比，具有功率范围大，传动效率高，圆周速度高，传动准确，使用寿命长，结构尺寸小等特点。因此，它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件，也是机器中所占比重最大的传动形式。江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州齿轮传动在我国的发展是从渐开线齿廓起步的，渐开线齿轮在技术上最成熟，应用最具备条件，使用的也最广泛，在机械设计中占有主导地位，由于齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械产品的性能和质量，因此，齿轮在工业发展中的地位一直比较突出，被公认为是工业化的一种象征。概述江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州年的历史，随着技术的更新，齿轮制造水平在不断的改善和提高。各种规格也在不断扩大，齿轮的制造精度也由原来的8级提高到5-6级，多项指标和总成综合质量的测试，均达到了国内先进水平，齿轮设计和制造已成为我厂的主业配套，其模数可以从0.5mm到24mm，齿廓有渐开线、双圆弧和鼓形齿多种形式，能制造直齿、斜齿、标准齿轮、双圆弧人字齿轮，准双曲面和正交螺旋锥齿轮、直齿锥齿轮等多品种并拥有各种齿轮加工设备以及近千种齿轮刀具，形成了一个较完整的齿轮制造基地。2、我厂主要齿轮分类江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂主要齿轮分类我厂在齿轮设计和制造上，主要是围绕石油钻采、固压设备机械传动的需要，大致可分为以下三大类：第一类、渐开线齿形齿面硬度为HRC58-62的硬质齿面传动，其材料为低碳合金钢，齿面最终由“硬质合金滚刀刮削”和“齿面磨削”来完成，这种硬齿面传动主要用于修井机各齿轮传动箱机构，像压裂泵的较大的齿轮材料选用中碳合金钢，齿坯调质滚齿后，经热处理对齿面氮化处理提高齿面硬度；江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂主要齿轮分类第二类、双圆弧人字齿形齿面硬度为HRC28-32的软齿面传动，其材料为中碳合金钢，齿坯经调质直接滚齿成。这种人字齿轮传动制造工艺比较严格对，对齿形误差精度和左右对称精度要求都比较高。由于齿形精度主要取决于滚刀的精度，因此，双圆弧齿轮滚刀的制造成本也特别高。此种双圆弧人字齿轮传动由于运动平稳，噪声低，传递精度高，而被长期用在各种压裂泵动力端传动，比如180泵，DS泵等。江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂主要齿轮分类第三类、格里森制，准双曲面和正交螺旋锥齿轮。该类齿轮材料选用低碳合金钢（也有选用中碳合金钢，齿面氮化处理）齿面硬度HRC58-62,属硬齿面传动，工艺上为了减少最终热处理的变形，在齿坯粗加工后，再经热处理进行时效处理，齿形是在美国格里森铣齿机床上，用“全过程切齿加工法”完成，在其他锥齿轮铣齿机床选用其他切齿法或锥齿轮拉齿机床也可完成齿形制作。江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州、普通齿轮加工工艺介绍齿轮制造工艺方案，主要是依据不同类型的齿廓形状、齿面硬度结构形式、精度与生产条件来确定的。一般来说包括以下5个阶段：材料准备齿坯加工齿形加工齿面热处理齿面加工江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州普通齿轮工艺介绍具体工艺主要内容如下：毛坯准备锻造铸造毛坯处理正火退火首次热处理主要是为了使材料具有细晶粒的组织，改善切削性能，消除内应力，减少最终热处理变形齿坯粗加工车去齿坯表面层，留有一定精车余量齿轮热处理调质是根据图纸设计要求时效是根据齿轮材料、结构在拟定工艺时制定的齿坯精加工虽然齿轮传动质量主要取决于齿形和齿距精度，但是他们与切齿定位基准（孔和端面）的精度有直接关系，因此对齿坯的各表面加工，必须保证一定的相关精度江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州普通齿轮工艺介绍其他加工其他加工内键槽齿角倒角轮辐钻孔齿形热处理主要方法江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州根据我厂齿轮制造的实际结构和精度，要求其加工工艺如下：我厂常用的带有内花键定位的盘状齿轮材料常选用20CrMoTi，渗碳层1.8-2.2mm，齿面硬度为HRC58-62，在确定具体加工工艺内容时，着重考虑确定两项精度：1、是齿轮各部分对中心轴线的形状精度；2、必须消除经热处理渗碳淬火后的热变形，对齿4、我厂齿轮加工典型工艺江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州轮精度的影响。在确定工艺基准时，首先应该选定内花键的大径尺寸为加工工艺基准，这是因为内花键的加工，都是花键拉刀拉制而成的，而拉刀的外径尺寸精度比较高，拉出的花键大径尺寸比较稳定和可靠，完全可以作为齿坯加工的工艺基准，无论是矩形花键孔或是渐开线花键孔却是一样，如后图所示：我厂齿轮加工典型工艺江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂齿轮加工典型工艺渐开线花键示意图江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂齿轮加工典型工艺矩形花键示意图Dd江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂齿轮加工典型工艺下面讲讲这种齿轮的具体加工工艺：齿轮全图江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州、内孔尺寸一般设计为装配基准，在设定内孔粗车尺寸时一般是按花键拉刀的前导向尺寸确定（比图纸设计尺寸减小0.5-0.6mm，做为热处理后的精磨余量）2、选用拉床定位的端面时应尽量选用大端面，而且要求同内孔一次裝夹车成，保证其垂直精度。3、齿坯的其余部分可在粗车加工时留有一定的精车余量拉花键拉内花键用大端面和内孔定位拉制江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州、选用内花键的大径尺寸D定位，2、用车工专用“花键微锥芯轴一次定位加工”在工件调头加工时，可随芯轴一起整体调头加工完成后，再拆卸工件。我厂齿轮加工典型工艺花键芯轴江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂齿轮加工典型工艺车工用微锥花键芯轴，实际上是一个圆柱微锥芯轴，因为在设计芯轴时，已把花键的键宽和小径尺寸减小了0.5-0.7mm（渐开线花键的齿厚减小0.5）使花键芯轴完全靠外径和微锥来定位锁紧齿坯的，这样主要是为了排除多点接触对精度的干涉滚齿滚齿的定位仍使用花键大径和大端面为工艺基准齿厚为粗切加工，磨削余量可按后表选择江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂齿轮加工典型工艺磨削余量表钳轮幅钻孔齿廓倒角，一般是指齿高的两端和沿齿长的齿顶2×45º倒钝齿轮精度被磨削齿轮直径80以下80-120120-200200-320320-500≤2.50.10-0.180.18-0.220.19-0.280.25-0.35—2.5-50.15-0.240.22-0.300.28-0.380.35-0.500.45-0.605-10—0.30-0.440.38-0.340.50-0.660.60-0.85江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州、由于齿轮在渗碳淬火的热处理过程中会产生热变形，变形量大小不一，变形位置一般在孔的收缩或涨大和盘状的翘曲变形。2、为了消除热变形，对齿轮各部加工的影响可按下列方法消除：a、仍以内花键大径为定位基准，上花键芯轴，对齿轮的外径和大端面一次裝夹后，磨光，（磨去的，便是变形量）因为这是微量磨削，一般是不会造成尺寸变化的，这样，可以在工艺上保证两个精度，即齿节圆对内花键的同轴度和齿端面对内花键的垂直度。江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州、在内圆磨床上，将齿轮的大外圆和大端面的跳动同时校正在0.03mm以内，把花键内孔磨成。c、在以内孔和大端面定位磨齿面为成品尺寸。以上三步的做法主要为了保证齿轮各部位对内花键的形位精度，避免由于热处理变形而造成的内花键大径和小径的偏心，而影响装配。成品包装齿轮的加工是这样，同类零件，凡有内花键结构的，都可以按照此工艺加工，例如：修井机各种联接法兰，内孔有矩形和渐开线花键的，全都可以在半精车后拉内花键，在上花键微锥芯轴一次装夹精车完成。江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂齿轮加工典型工艺实例：连接法兰，材料45，调质硬度HRC28-32，内孔为渐开线花键，其示意图如右所示：江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州~4mm热处理热处理正火热处理热处理调质内孔接拉刀前导尺寸设定，大端面车光，其余可不加工半精车半精车拉拉大端面及内孔定位拉内花键江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州我厂齿轮加工典型工艺精车钳热处理磨成品入库精车精车内花键定位，精车各部；花键芯轴一次装夹车成钳钳止口定位钻孔；去尖角毛刺热处理热处理轴径感应淬火磨磨内花键定位磨削两端外圆江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州、齿轮精加工的新方法齿轮精加工的新方法最后向大家简单介绍一种齿轮精加工方法——硬齿面刮削法。随着科学技术进步和技术改造的不断深入，齿轮加工有了长足的发展，像硬齿面的加工，原来只是经过齿面磨削加工完成的，由于磨齿加工效率太低，加工成本过高，尤其对一些大直径，大模数的齿轮在加工上难度更大，从90年代开始推广的“硬齿面滚齿”工艺，很快在机械加工行业中兴盛起来。这种工艺，是采用一种特殊的硬质合金滚刀，渗碳淬火后齿面硬度为HRC58-62的齿轮齿面进行刮削，刮削精度可达江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州级，达到齿轮的要求。它最大的特点是生产效率要比磨齿高5-6倍，除此以外，可对热处理渗碳淬火齿轮过大的变形量进行磨齿前的修刮，不仅消除了齿轮的变形量，保证了齿轮在磨齿加工中的平稳，而且提高了磨削效率，保护了磨齿设备的精度。齿轮精加工的新方法那么，刮削工艺是怎样形成的呢？请参见后图江汉石油管理局第四机械厂湖北荆州齿轮精加工的新方法不难看出滚刀设计的特殊性，是因为硬质合金滚刀虽然有着优异的红硬性和耐磨性，但是抗弯强度较低且韧性较差，对滚刀断续加工的特点，其韧性更显得不足，在滚齿过程中很容易发生崩刀和打刀，所以，只有改变滚刀切入方式，把前角设计成-30º大前