德國(guó)轎車(chē)齒輪加工技能，震撼解讀！

現(xiàn)在，我國(guó)已成為世界地一轎車(chē)制作與銷(xiāo)售大國(guó)，轎車(chē)制作業(yè)已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)不可或缺的支柱產(chǎn)業(yè)。轎車(chē)齒輪制作與運(yùn)用量（主機(jī)及配件運(yùn)用）無(wú)疑成為世界地一。

轎車(chē)齒輪作為轎車(chē)上要害零件，首要用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)它們來(lái)改動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和主軸齒輪的速比。因?yàn)檗I車(chē)行進(jìn)狀況隨路況隨機(jī)改變，因而轎車(chē)齒輪的工作狀況非常復(fù)雜，這就要求轎車(chē)齒輪具有杰出的內(nèi)質(zhì)量。

轎車(chē)齒輪熱處理工藝、特點(diǎn)與效果

轎車(chē)齒輪的內(nèi)涵質(zhì)量首要是指齒輪的顯微安排、力學(xué)功能等目標(biāo)滿(mǎn)意技能要求，一起其他缺陷必須操控在規(guī)則的技能范圍之內(nèi)。

轎車(chē)齒輪內(nèi)涵質(zhì)量的好壞是決定齒輪質(zhì)量的要害，其徹底取決于熱處理質(zhì)量，是齒輪完成低噪聲、，長(zhǎng)壽命的要害因素。

轎車(chē)齒輪熱處理（工藝）包括：一是普通熱處理，如退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)；二是外表熱處理，其包括外表淬火（如感應(yīng)淬火、激光淬火等）和化學(xué)熱處理（如滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲等）。

1調(diào)質(zhì)

調(diào)質(zhì)是將齒輪等零件淬火后進(jìn)行高溫（500~650℃）回火的操作。調(diào)質(zhì)處理常用于含碳量0.3%~0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的碳素鋼或合金鋼制作的齒輪。

調(diào)質(zhì)能夠細(xì)化晶粒，并獲得均勻、具有必定彌散度、尤秀力學(xué)功能的回火索氏體安排。一般經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，齒輪硬度可達(dá)220~285HBW。調(diào)質(zhì)齒輪的歸納功能優(yōu)于正火。

調(diào)質(zhì)常用于齒輪的準(zhǔn)備熱處理（如滲氮、感應(yīng)淬火前的調(diào)質(zhì)處理）和終究熱處理。

2外表淬火

齒輪齒面淬火硬度一般為45~55HRC。外表淬火齒輪承載才能高，并能夠承受沖擊載荷。通常外表淬火齒輪的毛坯經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，以便使齒輪心部有必定的強(qiáng)度和韌度。

外表淬火首要有感應(yīng)淬火、激光淬火與火焰淬火等。與滲碳淬火比較，外表淬火變形小、成本低、。

轎車(chē)齒輪外表淬火首要選用感應(yīng)淬火工藝。因?yàn)楦袘?yīng)加熱速度快，幾乎沒(méi)有氧化、脫碳，齒輪變形很小，還易于完成局部加熱及主動(dòng)化生產(chǎn)，熱處理成本低。因而，在現(xiàn)代化轎車(chē)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

3滲碳與碳氮共滲

滲碳淬火

滲碳淬火是先將齒輪等零件放入滲碳介質(zhì)中，在880~950℃下加熱、保溫，使齒輪外表增碳，然后進(jìn)行淬火。

轎車(chē)齒輪常用氣體滲碳工藝。滲碳淬火、回火后齒輪外表硬度一般在58~63HRC?，F(xiàn)在，滲碳淬火已經(jīng)成為重要轎車(chē)齒輪（如差速器齒輪、驅(qū)動(dòng)橋主從動(dòng)弧齒錐齒輪、變速器齒輪等）的主導(dǎo)熱處理工藝。

碳氮共滲

近幾年轎車(chē)用主動(dòng)變速器AIT滲碳齒輪的齒面在工作中的實(shí)踐溫度約達(dá)300℃，遠(yuǎn)高于正常的回火溫度（150~200℃）。這種外表的溫度將導(dǎo)致硬度下降，引發(fā)點(diǎn)蝕的產(chǎn)生。選用碳氮共滲后噴丸硬化可進(jìn)步疲憊強(qiáng)度。在碳氮共滲時(shí)，隨著含氮量的添加ΔHV（硬度降）進(jìn)步，抗回火功能進(jìn)步，抗回火溫度到達(dá)300℃。

4滲氮與氮碳共滲

滲氮

滲氮是向齒輪等零件外表進(jìn)入氮原子形成氮化層的化學(xué)熱處理工藝。滲氮能夠進(jìn)步齒輪外表硬度、耐磨性、疲憊強(qiáng)度及抗蝕才能。滲氮處理溫度低，因而齒輪變形小，無(wú)需磨削或只需精磨即可。

日本在轎車(chē)變速器齒輪熱處理時(shí)選用滲氮工藝，德國(guó)Clocker-離子公司將離子滲氮應(yīng)用于轎車(chē)齒輪，均進(jìn)步了齒輪精度和運(yùn)用壽命。

氮碳共滲

氮碳共滲是以滲氮為主一起進(jìn)入碳的化學(xué)熱處理工藝。氮碳共滲能夠顯著進(jìn)步齒輪的耐磨性、抗膠合和抗擦傷才能、耐疲憊功能及耐腐蝕功能?，F(xiàn)在，氣體氮碳共滲應(yīng)用于轎車(chē)、輕型客車(chē)變速器齒輪等零件。

轎車(chē)齒輪熱處理的開(kāi)展趨勢(shì)

未來(lái)轎車(chē)齒輪正向重載、高速、和率等方向開(kāi)展，并力求尺寸小、重量輕、壽命長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)可靠。

（1）高品質(zhì)

首要表現(xiàn)在：資料的均勻性，即要求資料具有杰出的成分和安排的均勻性；溫度場(chǎng)和流體場(chǎng)，即不斷改進(jìn)溫度場(chǎng)和各種流體場(chǎng)，如滲碳、滲氮、碳氮共滲的流體場(chǎng)和淬火的液體場(chǎng)的改進(jìn)，進(jìn)一步進(jìn)步齒輪內(nèi)涵質(zhì)量。

（2）低能耗

齒輪熱處理先進(jìn)配備的研制和開(kāi)展，如開(kāi)發(fā)更好的爐襯耐熱和保溫節(jié)能資料，盡可能下降爐壁溫升，削減爐壁熱損耗；廢熱歸納使用，如鑄造余熱的使用，進(jìn)行鑄造余熱正火等，下降齒輪成本。

（3）環(huán)保

研究開(kāi)發(fā)齒輪的新工藝，這些新工藝少（無(wú)）污染、環(huán)保，如低壓真空滲碳、離子滲氮、雙頻感應(yīng)淬火、激光淬火、稀土及BH催滲等技能的開(kāi)展。

（4）智能化

智能化是齒輪熱處理操控技能開(kāi)展的必然趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)、傳感器、智能庫(kù)將構(gòu)成智能熱處理的中心，首要表現(xiàn)在：依據(jù)齒輪等零件的資料、技能要求等，體系主動(dòng)生成工藝；生產(chǎn)過(guò)程的徹底閉環(huán)主動(dòng)操控；齒輪等零件的熱處理質(zhì)量的預(yù)測(cè)、預(yù)判；體系故障主動(dòng)診斷與處置；在線(xiàn)的自適應(yīng)及應(yīng)急應(yīng)變才能，如開(kāi)發(fā)了離子滲氮、碳氮共滲所用的氮?jiǎng)輦鞲衅骱偷蛪簼B碳的碳勢(shì)傳感器等。

刀具經(jīng)過(guò)砂輪刃磨后，刃口會(huì)存在不同程度的微觀(guān)缺陷，在切削過(guò)程中，刀具刃口微觀(guān)缺口極易擴(kuò)展，加快刀具的磨損和損壞。刃口鈍化是延常刀具壽命的金屬切削配套技術(shù)，能有效減少或消除刃磨后的刀具刃口微觀(guān)缺陷，以達(dá)到圓滑平整，提高刀具抗沖擊性能，使刀具刃口鋒利堅(jiān)固。

刃口鈍化方式可分為傳統(tǒng)刃口鈍化和特種刃口鈍化。傳統(tǒng)刃口鈍化方式主要包括磨削鈍化、毛刷鈍化、拖曳鈍化和噴砂鈍化等；特種刃口鈍化方式主要包括激光鈍化、電火花電蝕鈍化、電化學(xué)鈍化和磨料水射流鈍化等。

噴砂是以壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速?lài)娚涫鴮娏细咚賴(lài)娚涞叫枰幚淼墓ぜ砻?，?shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的加工。由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，工件的表面性能和形狀會(huì)發(fā)生改變。而微噴砂技術(shù)是以傳統(tǒng)噴砂技術(shù)為基礎(chǔ)，采用微米級(jí)尺寸的磨料顆粒來(lái)進(jìn)行待加工表面處理的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于材料的表面處理，包括表面清潔、表面鈍化和表面形貌處理。微噴砂處理的材料去除機(jī)理，包括裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的脆性去除和磨料微切削產(chǎn)生的塑性去除。微噴砂技術(shù)在刀具領(lǐng)域主要應(yīng)用在表面處理方面，如涂層刀具。通過(guò)對(duì)刀具基體表面進(jìn)行相應(yīng)的微噴砂處理，來(lái)改變基體的表面形貌，以增加涂層與刀具基體之間的粘結(jié)力，提高刀具的切削壽命。研究表明，對(duì)刀具的涂層表面進(jìn)行微噴砂處理可以增加涂層硬度，提高刀具切削壽命。微噴砂技術(shù)在刀具刃口鈍化領(lǐng)域沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，理論研究還不充分。

本文通過(guò)微噴砂技術(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀片YT15進(jìn)行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數(shù)對(duì)刃口半徑的影響以及微噴砂處理對(duì)刃口質(zhì)量的影響，并分析微噴砂處理的材料去除機(jī)理。

1試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)以噴砂壓力P、磨料比重W和噴砂時(shí)間T為因素，其中磨料比重W為磨料占水和磨料總質(zhì)量的比重。每個(gè)因素設(shè)4個(gè)水平，進(jìn)行64組全因素刃口鈍化試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1。

表1  微噴砂全因素試驗(yàn)因素水平

采用濕式手動(dòng)噴砂機(jī)，噴砂角度45°，噴砂距離8mm。磨料為320目白剛玉，微噴砂加工如圖1所示。選用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片YT15，其尺寸標(biāo)準(zhǔn)為SNMN120404，相應(yīng)的材料性能見(jiàn)表2。通過(guò)激光共聚焦顯微鏡(LSM，Keyence VK-X200K)對(duì)微噴砂處理后的刀片刃口進(jìn)行觀(guān)測(cè)，試驗(yàn)觀(guān)測(cè)指標(biāo)為刀片刃口半徑r和刃口線(xiàn)粗糙度Ra，終結(jié)果為三次測(cè)量后的平均值。同時(shí)對(duì)其刃口形貌進(jìn)行掃描電子顯微鏡鏡(SEM)觀(guān)察，分析刃口材料去除機(jī)理。

圖1  硬質(zhì)合金刀具YT15微噴砂加工示意圖

表2  硬質(zhì)合金刀具YT15物理力學(xué)性能

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)微噴砂工藝參數(shù)對(duì)刃口半徑的影響

圖2為硬質(zhì)合金刀具YT15刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)。圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別是在噴砂時(shí)間為20s、30s、40s和50s時(shí)刃口半徑隨噴砂壓力的變化圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的噴砂壓力和磨料比重下，隨噴砂時(shí)間的增加，刀具刃口半徑增大，這實(shí)質(zhì)上是材料去除隨著時(shí)間累積的結(jié)果。在相同的噴砂時(shí)間和磨料比重下，隨噴砂壓力的增加，刀具刃口半徑增大。這是因?yàn)殡S著噴砂壓強(qiáng)的增加，磨料流的出口速度增加，單顆粒磨料速度也相應(yīng)增加。

硬質(zhì)合金可看作是硬脆材料，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型可知，單顆粒磨料的材料去除量與磨料顆粒的速度的指數(shù)成正比，使得單顆粒磨料的材料去除量增加。同時(shí)磨料流速度的增加，使單位時(shí)間內(nèi)有效沖擊刀具刃口的磨料顆粒數(shù)量增加，刃口材料的去除量變大。因此，增加噴砂壓力相當(dāng)于既增加磨料比重又增加噴砂時(shí)間，兩者的共同作用使刃口半徑增大。

由圖2分析磨料比重對(duì)刀具刃口半徑的影響可知，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑先增大而后減??；而在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢(shì)。同理，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型分析可知，當(dāng)噴砂壓力較小時(shí)，隨著磨料比重的增加，雖然單顆粒磨料速度減小，但是單位體積內(nèi)磨料顆粒的數(shù)量增加，造成單位時(shí)間內(nèi)磨料顆粒對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)增加，所以刃口材料的去除量變大。當(dāng)磨料比重過(guò)大時(shí)，根據(jù)能量守恒可知，磨料流的速度減小很多，其中磨料顆粒的速度大幅降低，不僅減少了單顆粒磨料材料的去除量，也使單位時(shí)間內(nèi)磨料對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)減少，進(jìn)一步減少材料去除量，使得刃口半徑隨著磨料比重的增加先增大后減小。當(dāng)噴砂壓力較大時(shí)，隨著磨料比重的增加，在單位時(shí)間內(nèi)增加的磨料對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)所增加的材料去除量要多于單顆粒磨料速度降低而減少的材料去除量?？偟膩?lái)說(shuō)，單位時(shí)間內(nèi)材料去除量增加，因此在較大噴砂壓力下，刀具的刃口半徑隨著磨料比重的增加而增加。

(a)T=20s(b)T=30s(c)T=40s(d)T=50s

圖2  刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)

(2)微噴砂處理對(duì)刃口線(xiàn)粗糙度的影響

圖3是硬質(zhì)合金刀片YT15經(jīng)過(guò)微噴砂刃口鈍化處理前后的切削刃形貌。采用微噴砂工藝參數(shù)：噴砂壓力P=0.2MPa，磨料比重W=0.1，噴砂時(shí)間T=30s。通過(guò)測(cè)量得到切削刃的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。

圖3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片的切削刃形貌

可以發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口輪廓由原來(lái)的r=6μm銳刃變成r=27μm的圓弧刃口。其切削刃形貌得到改善，刃口線(xiàn)粗糙度Ra由原來(lái)的0.79μm下降到0.5μm，Ry則由原來(lái)的6μm下降到3μm。這是由于微噴砂處理消除了刀具刃磨時(shí)產(chǎn)生的微觀(guān)缺陷，改善了刃口質(zhì)量。

表3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片刃口參數(shù)對(duì)比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗(yàn)時(shí)硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口線(xiàn)粗糙度的分布情況?？梢缘贸?，硬質(zhì)合金YT15刀片的刃口線(xiàn)粗糙度為0.3-0.8μm，滿(mǎn)足刀片的刃口粗糙度要求。

圖4  硬質(zhì)合金刀具YT15刃口線(xiàn)粗糙度分布

(3)微噴砂刃口材料去除機(jī)理研究

刀片的微噴砂過(guò)程實(shí)質(zhì)上是高速磨料射流沖擊材料表面，實(shí)現(xiàn)材料的去除。其材料去除機(jī)理主要?dú)w結(jié)為磨料顆粒對(duì)材料的去除方式。對(duì)于脆性材料，其去除機(jī)理往往不只有脆性去除，還包括磨料顆粒的微剪切引起的塑性去除。

圖5是硬質(zhì)合金刀具YT15在噴砂壓力P=0.25MPa、磨料目數(shù)M=320、噴砂時(shí)間T=20s和磨料比重W=0.1時(shí)的刃口形貌。可以看出，經(jīng)過(guò)微噴砂處理后，刀具出現(xiàn)了圓弧刃口，對(duì)其圓弧刃口的區(qū)域A進(jìn)行放大，可以觀(guān)察刃口材料去除形成的微觀(guān)形貌。通過(guò)區(qū)域B可以看出，其硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相的去除多為由裂紋擴(kuò)展造成的脆性斷裂，這是由于棱角尖銳的磨料顆粒對(duì)于硬質(zhì)相的沖擊作用，使之產(chǎn)生徑向裂紋和側(cè)向裂紋，由于磨料顆粒的高頻率沖擊，進(jìn)而造成側(cè)向裂紋的擴(kuò)張形成網(wǎng)狀裂紋，達(dá)到材料的去除。對(duì)于C區(qū)域的觀(guān)察，也可以發(fā)現(xiàn)刃口材料上存在磨料顆粒的刻劃痕跡，這主要是由于具有鋒利刃口的白剛玉磨料顆粒對(duì)工件材料的微切削作用導(dǎo)致。由于刀具材料中除硬質(zhì)相成分外，還包括粘結(jié)相，其微切削作用相對(duì)于粘結(jié)相更為明顯，粘結(jié)相材料先于硬質(zhì)相去除，使得硬質(zhì)相成分顯露出來(lái)。因此微噴砂處理硬質(zhì)合金刀具YT15的材料去除機(jī)理，包括由磨料沖擊和水楔作用引起裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致硬質(zhì)相材料的脆性去除，還包括磨料顆粒的微切削作用引起的材料塑性去除。

圖5  硬質(zhì)合金刀具YT15微噴砂刃口形貌SEM圖

小結(jié)

微噴砂處理可以對(duì)硬質(zhì)合金刀具YT15刃口進(jìn)行有效鈍化，形成一定圓弧半徑的刀具刃口。研究表明，刃口圓弧半徑隨著微噴砂時(shí)間和噴砂壓力的增加而增大。對(duì)于磨料比重而言，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑先增大而后減??；在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢(shì)。微噴砂處理可有效改善硬質(zhì)合金刀具YT15的刃口質(zhì)量，消除微觀(guān)缺陷，降低刃口線(xiàn)粗糙度，在結(jié)構(gòu)上對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化。硬質(zhì)合金刀具YT15刃口材料的去除機(jī)理，包含由裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致硬質(zhì)相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。

處理鋸片磨齒問(wèn)題的蕞佳方案

鋸片銑刀在運(yùn)用中，磨齒是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。近有許多客戶(hù)反映，新購(gòu)買(mǎi)的鋸片銑刀運(yùn)用作用還可以，但是就是憂(yōu)慮磨齒問(wèn)題。憂(yōu)慮的原因無(wú)非是這幾個(gè)：鋸片磨齒的質(zhì)量無(wú)法確保；磨齒后鋸片銑刀的運(yùn)用壽數(shù)急劇下降；鋸片磨齒質(zhì)量時(shí)好時(shí)壞，不能確保每次研磨作用都相同。

鋸片銑刀的磨齒是一項(xiàng)十分專(zhuān)業(yè)的作業(yè)，不但需求通過(guò)專(zhuān)業(yè)的訓(xùn)練，并且還需求質(zhì)量十分好的磨齒設(shè)備。目前國(guó)產(chǎn)大部分磨齒設(shè)備性能不能到達(dá)精準(zhǔn)的要求，磨齒工人也沒(méi)有遭到專(zhuān)業(yè)的技能訓(xùn)練，他們無(wú)法斷定要切開(kāi)的工件所需求的正確齒距。按照比率，根據(jù)磨齒過(guò)程中每一齒深度和厚度，如何斷定正確的磨齒齒距？如何斷定正確的鋸切前角和后角？如何使齒型曲線(xiàn)潤(rùn)滑平整？這些都需求專(zhuān)業(yè)的技巧和經(jīng)驗(yàn)。如果沒(méi)有這些技能，你花在磨齒上的時(shí)刻就會(huì)大大超越你用鋸片銑刀切開(kāi)的時(shí)刻。

現(xiàn)在，市道上有許多小型的鋸片銑刀磨齒加工店面，這些店面中的磨齒設(shè)備低檔，無(wú)法確保精度，不能確保正確的切開(kāi)前角后角。沒(méi)有技能，只能通過(guò)賤價(jià)搶生意。正確的鋸片銑刀磨齒，要確保少8次循環(huán)磨齒和8次循環(huán)倒角，也就是至少25分鐘完成一次專(zhuān)業(yè)的磨齒。而這些小磨齒店，為了降低成本，提高磨齒量，他們僅通過(guò)4個(gè)循環(huán)磨齒，根本不去倒角。這些低成本的鋸片銑刀磨齒，又怎么能確保鋸片的切開(kāi)壽數(shù)呢？

銳正精密東西不只12年專(zhuān)業(yè)全數(shù)控出產(chǎn)鎢鋼鋸片銑刀也供給鋸片磨齒效勞，磨齒設(shè)備四軸連動(dòng)，在收到客戶(hù)需求鋸片磨齒后，會(huì)錄入ERP檔案進(jìn)行一對(duì)一效勞，一般鋸片磨齒流程分為：首先對(duì)鋸片銑刀進(jìn)行開(kāi)始直觀(guān)檢驗(yàn)，接著運(yùn)用投影儀針對(duì)外徑內(nèi)孔丈量及厚度丈量，如果有鋸片銑刀需求重新開(kāi)齒，則用全自動(dòng)數(shù)控機(jī)器進(jìn)行開(kāi)齒，找銳正進(jìn)行鋸片磨齒，您肯定不會(huì)絕望。