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    工程及礦山機械中齒輪軸的加工工藝探析

    無錫市聚英機械制造有限公司  2022-04-18 14:38:45 作者:青騰

    對齒輪軸加工的下料、切削、表面處理、熱處理等加工工藝進行了具體的分析和探討,并對在生產實踐中驗證過的能夠具體實施,并且能夠保證齒輪軸加工質量以及加工效率的加工工藝進行了詳細的總結和論述,為工程機械及礦山機械齒輪軸的加工和生產提供了有力的技術支持,同時為齒輪軸的工藝改進提供一定借鑒。

    齒輪軸是工程機械及礦山機械中最重要的支撐回轉零件,能夠實現齒輪及其它部件的回轉運動。并且可以長距離傳遞力矩和動力,聚英機械加工的齒輪軸以傳動效率高、使用壽命長、結構緊湊等優點在工程機械及礦山機械行業中得到了廣泛的應用 。

    目前,隨著國內經濟的迅猛發展,基礎建設的擴大,對工程機械及礦山機械的需求也會隨之出現一個新的浪潮。齒輪軸的材料選擇、熱處理的方式、機械加工的工裝夾具安裝、調整,滾齒工藝參數等對齒輪軸的加工質量和壽命都非常重要。

    工程機械及礦山機械中齒輪軸的加工工藝探析

    為了討論的方便,本文選擇工程機械及礦山機械中的經典輸入齒輪軸,即典型的階梯軸類零件,由花鍵、圓周面、圓弧面、軸肩、凹槽、環槽、齒輪以及其它不同形式的幾何表面及幾何實體構成。齒輪軸的精度要求一般都比較高,加工難度比較大,所以必須對加工過程中的一些重要環節進行正確的選擇和分析,如材料、漸開線外花鍵、基準、齒形加工、熱處理等,才能確保齒輪軸的質量和加工成本,下面對齒輪軸加工過程中的各種關鍵工藝進行分析。

    齒輪軸的材料選用

    傳動機械中的齒輪軸通常采用的材料為優質碳素鋼中的45鋼、合金鋼中的40Cr、20CrMnTi、42Cr、20CrMnTi等。一般以滿足材料的強度要求,耐磨性能好,價格適當為準。

    齒輪軸的毛坯加工工藝

    由于齒輪軸的強度要求很高,采用圓鋼直接進行機械加工消耗的材料和勞動量都比較大,所以通常采用鍛件作為坯料,尺寸較大的齒輪軸可以采用自由鍛;中小型尺寸的可以采用模鍛件;有時候部分較小的齒輪可以與軸一起做成整體毛坯。在進行毛坯制造時,若鍛件毛坯為自由鍛件,其加工要遵循GB/T15826標準;若毛坯為模鍛件,則機械加工余量要遵循GB/T12362系統標準。鍛件坯料要防止晶粒不均勻、龜裂、裂紋等鍛造缺陷,要按照國家或國際相關的鍛件評價標準進行檢測。

    坯料的預備熱處理及粗車工藝

    齒輪軸多的坯料多是優質碳素結構鋼和合金鋼,為了增加材料硬度,便于加工,熱處理采用的正火熱處理,即:正火工藝,溫度960,空冷,硬度值保持HB170-207。正火熱處理還可以起到細化鍛件晶粒、均勻晶體組織,消除鍛造應力的效果,為以后的熱處理打下了基礎。

    粗車主要目的是切削坯體表面的加工余量,其主要表面的加工順序取決于零件訂位基準的選擇。齒輪軸零件本身的特征和各個表面的精度要求都受訂位基準影響,齒輪軸零件通常以軸線作為定位基準,這樣既可以實現基準統一,又能實現與設計基準重合。實際生產中將外圓作為定位粗基準,將齒輪軸兩端的頂尖孔作為定位精基準,將誤差控制在尺寸誤差的1/31/5。

    毛坯在預備熱處理后進行車削或銑削倆端面(按劃線找正),然后劃出兩端中心孔位置,并鉆出兩端中心孔,然后就可以粗車外圓。

    精車外圓的加工工藝

    精車的工藝流程為:以齒輪軸兩端的頂尖孔為基準,對外圓進行精車。在實際生產過程中,齒輪軸都是成批量加工生產的,為了提高齒輪軸的加工效率和加工質量,通常采用數控車削的方式,這樣可以通過程序來控制所有加工件的加工質量,同時保證了批量加工的效率。

    精車后的零件可以根據零件的工作環境和技術要求進行選擇是否進行調質處理,這樣可以為以后的表面淬火和表面滲氮處理大小基礎,減小表面處理時的變形。如果設計要求不進行調質處理,就可以直接進入到滾齒工序。

    齒輪軸齒部及花鍵部的加工工藝

    對于工程機械及礦山機械的傳動系統來說,齒輪和花鍵是傳遞功率和力矩的關鍵部件,精度要求較高。齒輪通常采用7-9級精度,對于9級精度的齒輪,無論滾齒刀,還是插齒刀都能滿足齒輪要求,但滾齒刀的加工精度明顯高于插齒,效率也同樣如此;對于8級精度要求的齒輪,可以先進行滾齒或插齒加工,后進行桁齒加工;對于7級高精度的齒輪,要根據批量大小的不同采用不同的加工工藝,如果是小批量或單件生產,可以按照滾(插)齒加工,然后通過高頻感應加熱淬火以及其它表面處理方式,最后通過磨齒工藝達到精度要求;如果是大批量加工,則先進行滾齒加工,再進行剃齒,然后進行高頻感應加熱淬火,最后進行珩磨加工。對于有淬火要求的齒輪,要在其圖紙要求的加工精度等級上提高一級進行加工,淬火后精度稍有下降,才符合圖紙要求。

    齒輪軸的花鍵一般有矩形花鍵和漸開線花鍵兩種類型,對精度要求高的花鍵要采用滾鍵齒和磨鍵齒。目前工程機械及礦山機械領域的使用最多的是漸開線花鍵,多采用30°壓力角,而大批量的齒輪軸花鍵的加工工藝比較繁瑣,需要使用專用的銑床進行加工;小批量的加工可以使用分度盤,由專門的技術人員用銑床進行加工。

    齒面滲碳或重要表面淬火處理工藝探討

    齒輪軸表面及重要的軸徑表面通常都要求進行表面處理,表面處理的方式包括滲碳處理和表面淬火。表面淬火和滲碳處理的目的是為了使軸表面具有更高的硬度和耐磨性,滲碳處理的滲碳層深度一般為1.1-1.7mm,滲碳后的齒輪軸芯部仍然保持一定的強度、韌性和塑性,通?;ㄦI齒部位、凹槽部位等不需要進行表面處理,而且需要進一步加工,所以在進行滲碳或表面淬火前涂抹涂料,在表面處理完成后輕輕敲擊后脫落,淬火處理要注意控制溫度、冷卻速度、冷卻介質等因素的影響,淬火完成要要檢查是否彎曲變形,變形較大的需要進行去應力處理,放置再次變形。

    中心孔研磨及其它重要表面精加工工藝分析

    齒輪軸經過表面處理后需要對兩端的頂尖孔進行研磨,并將研磨后的表面作為精基準,對其它重要的外面表面及端面進行磨削。同樣,以兩端頂尖孔作為精基準,對凹槽附近的重要表面進行精加工,直至滿足圖紙要求。

    齒面的精加工工藝分析

    齒面的精加工同樣是以兩端的頂尖孔作為精加工基準,對齒面等部位進行磨削,直到最終滿足精度要求為止。

    綜合而言,工程機械及礦山機械的齒輪軸加工工藝路線為:

    下料-鍛造-正火- 粗車-精車-粗滾齒-精滾齒-銑花鍵-去毛刺-表面淬火或滲碳-中心孔研磨-重要外圓表面及端面磨削-車削凹槽附近重要外圓表面-磨齒- 成品檢驗入庫。

    結 論

    齒輪軸的加工工藝對齒輪軸的質量影響極大,每個齒輪軸工藝的編寫與其在產品中位置、作用以及其相關零件的位置都有著極為重要的關系,所以為了保證齒輪軸的加工質量,需要擬定最優的加工工藝。根據實際生產經驗,對齒輪軸的加工工藝進行了具體的分析,通過對齒輪軸加工材料選擇、表面處理、熱處理、切削加工工藝的詳細探討,總結出生產實踐中保證齒輪軸加工質量和加工效率條件下的最優加工工藝,對齒輪軸的加工提供了重要的技術支撐,同時為其它類似產品的加工提供了很好的借鑒。

    經過實踐總結,目前齒輪軸的工藝路線及工藝要求就如上所示,但伴隨著現代工業的發展,新工藝、新技術不斷的出現和應用,舊工藝不斷的被改良、被實施,齒輪軸的加工工藝也在不斷的發生變化。聚英機械也不斷的推陳出新,改良工藝、提升機械使用性能,目前聚英機械的齒輪精度可達5級精度。如因客戶的特殊工藝要求,我們也有專業的研發人員共同控討新方向,以力求達到更高的要求來滿足客戶的需求,聚英機械精密齒輪及齒輪軸制造商是您最親密的合作伙伴。

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