齒輪，被公認(rèn)為是工業(yè)化的一種標(biāo)志，齒輪制作水平直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的功能和質(zhì)量。本文從齒輪制作在工業(yè)中重要意義動(dòng)身，著重介紹了齒輪加工工藝、光滑技能的蕞新開展情況，以及齒輪加工用光滑介質(zhì)的技能要求和挑選辦法。

1 導(dǎo)言

眾所周知，齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中常見的一種機(jī)械傳動(dòng)，是機(jī)械產(chǎn)品的重要根底零部件。它與其他機(jī)械傳動(dòng)方式（鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等）傳動(dòng)相比，具有功率范圍大、傳動(dòng)功率高、傳動(dòng)經(jīng)確、運(yùn)用壽數(shù)長等特色。因而，它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不行缺少的傳動(dòng)部件，也是機(jī)器中所占比重蕞大的傳動(dòng)方式。

齒輪的設(shè)計(jì)與制作水平將直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，例如，在現(xiàn)代蓬勃的轎車工業(yè)中，一般每輛轎車中有18~30個(gè)齒部，齒輪的質(zhì)量直接影響轎車的噪聲、平穩(wěn)性及運(yùn)用壽數(shù)。齒輪的加工技能和設(shè)備一般極大的影響了工業(yè)范疇中所能達(dá)到的蕞高制作水平，現(xiàn)代工業(yè)興旺的先進(jìn)國家如美國、德國和日本等也是齒輪加工技能和設(shè)備的制作強(qiáng)國。因而，齒輪在工業(yè)開展中的位置一向比較突出，被公認(rèn)為是工業(yè)化的一種標(biāo)志。從這個(gè)視點(diǎn)來看，重視齒輪的先進(jìn)加工技能和開展趨勢具有極其重要意義。

2 齒輪加工技能的新開展

一般來說，齒輪制作工藝進(jìn)程包含資料制備、齒坯加工、切齒、齒面熱處理和齒面精加工等五個(gè)階段。齒形加工和熱處理后的精加工是齒輪制作的要害，也反映了齒輪制作的水平。而齒輪制作工藝的開展，很大程度上表現(xiàn)在精度等級與出產(chǎn)功率的前進(jìn)兩方面。現(xiàn)在世界各國主要從齒輪加工工藝和加工設(shè)備的開展兩個(gè)方面來不斷地前進(jìn)齒輪的制作水平。

2.1

硬齒面滾齒技能

在傳統(tǒng)辦法中，齒輪的硬齒面的加工需求經(jīng)過齒面的磨削加工，由于磨齒加工功率太低，加工成本過高，尤其對一些大直徑，大模數(shù)的齒輪在加工上難度更大，因而從20世紀(jì)80年代起，國內(nèi)外企業(yè)已逐步選用硬齒面刮削作為淬硬齒輪(40～65HRC)的半精、精加工辦法。

硬齒面滾齒技能也稱刮削齒加工，這種工藝，是選用一種特別的硬質(zhì)合金滾刀，對滲碳淬火后齒面硬度為HRC58-62的齒輪齒面進(jìn)行刮削，刮削精度可達(dá)到7級。這種辦法可加工任意螺旋角、模數(shù)1～40mm的齒輪。普通精度(6～7級)硬齒面齒輪，一般選用“滾—熱處理—刮削”工藝，粗、精加工在同一臺滾齒機(jī)上即可完成；齒面粗糙度要求較高的齒輪，可在刮削后安排珩齒加工；對于齒輪，則選用“滾—熱處理—刮削—磨”工藝，用刮削作半精加工工序代替粗磨，切除齒輪的熱處理變形，留下小而均勻的余量進(jìn)行精磨，能夠節(jié)約1/2～5/6的磨削工時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。對于大模數(shù)、大直徑、大寬度的淬硬齒輪，因無相應(yīng)的大型磨齒機(jī)，一般只能選用刮削加工。

硬齒面刮削蕞大的特色是出產(chǎn)功率要比磨齒高5-6倍，除此以外，可對熱處理滲碳淬火齒輪過大的變形量進(jìn)行磨齒前的修刮，不僅消除了齒輪的變形量，確保了齒輪在磨齒加工中的平穩(wěn)，并且前進(jìn)了磨削功率，保護(hù)了磨齒設(shè)備的精度。

選用硬齒面滾齒技能進(jìn)行齒輪加工時(shí)，溫度操控極為重要，由于過高的溫度會使刀具磨損加快且易崩刀；因而需求經(jīng)過金屬加工液來冷卻，一起沖走刀具和工件上的切削，前進(jìn)刀具壽數(shù)和工件外表加工粗糙度。一般選用專用的油基切削液作為冷卻光滑介質(zhì)，如KR-C20，經(jīng)過對粘度的適當(dāng)操控和選用優(yōu)異環(huán)保的極壓抗磨劑來滿意工藝中冷卻、清洗和光滑等方面的要求。

2.2干切削技能

干式切削加工即無光滑切削加工，是金屬切削加工的開展趨勢之一。該技能在上世紀(jì)80年代即開始研究，但一向受到機(jī)床、刀具資料的限制而開展緩慢，近十幾年來跟著機(jī)床設(shè)計(jì)技能、硬質(zhì)合金刀具和外表涂層技能、新式套瓷刀具、工藝?yán)碚撗芯康拈_展，干式切削在大幅度提升出產(chǎn)功率、顯著改進(jìn)外表質(zhì)量的一起，也使出產(chǎn)成本有所下降。

高速干式切削是在無冷卻、光滑油劑的效果下，選用很高的切削速度進(jìn)行切削加工。高速干式切削有必要選用適當(dāng)?shù)那邢鳁l件。首先，選用很高的切削速度，盡量縮段刀具與工件間的接觸時(shí)刻，再用緊縮空氣或其他類似的辦法移去切屑，以操控工作區(qū)域的溫度。實(shí)踐證明，當(dāng)切削參數(shù)設(shè)置正確時(shí)，切削發(fā)生的熱量80%可被切屑帶走。

高速干式切削法不僅使機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，并且極大地改進(jìn)了加工環(huán)境和下降了加工費(fèi)用。在齒輪加工中，為進(jìn)一步延伸刀具壽數(shù)、前進(jìn)工件質(zhì)量，可在齒輪干式切削進(jìn)程中，每小時(shí)運(yùn)用10～1000ml光滑油進(jìn)行微量光滑。這種辦法發(fā)生的切屑能夠認(rèn)為是干切屑，工件的精度、外表質(zhì)量和內(nèi)應(yīng)力不受微量光滑油的幅面影響，還能夠用自動(dòng)操控設(shè)備進(jìn)行進(jìn)程監(jiān)測。

據(jù)資料顯示，美國、日本、德國等興旺國家選用干式切削的總成本是傳統(tǒng)切削工藝的70%左右。據(jù)美國企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，在會集冷卻加工體系中，切削液占總成本的14%～16%，而刀具成本只占2%～4%。據(jù)測算，假如20%的切削加工選用干式加工，總的制作成本可下降1.6%。干切技能的優(yōu)勢還表現(xiàn)在零件外表質(zhì)量的前進(jìn)和幾許精度的改進(jìn)。國外資料表明，干切工藝的工件外表粗糙度值能夠下降40%左右，除此之外，干式切削對于資源和環(huán)境的重要意義也是顯而易見的。德國在高速干式切削范疇中處于令先位置，現(xiàn)有8％左右的企業(yè)選用干式切削，這預(yù)示著高速干式滾齒技能將是未來齒輪加工開展的一個(gè)方向。

能夠預(yù)見，國內(nèi)涵滾齒、插齒、成型磨等加工范疇選用干式切削技能將極具潛力，跟著齒輪機(jī)床、齒輪資料、齒輪刀具、加工工藝的前進(jìn)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝只是時(shí)刻問題。

2.3

齒輪的無屑加工

與滾齒、插齒、剃齒和磨齒等傳統(tǒng)的齒輪齒形成形方式不同，齒輪的無屑加工辦法是運(yùn)用金屬的塑性變形或粉末燒結(jié)使齒輪的齒形部分終究成形或前進(jìn)齒面質(zhì)量的。該辦法能夠分為工件在常溫下進(jìn)行加工的冷態(tài)成形和把工件加熱到1000℃左右進(jìn)行加工的熱態(tài)成形兩類。前者包含冷軋、冷鍛等；后者包含熱軋、精細(xì)模鍛、粉末冶金等。

無屑加工齒輪能夠使資料運(yùn)用率從切削加工的40～50％前進(jìn)到80～95％以上，出產(chǎn)率也可成倍增長。但因受模具強(qiáng)度的限制，現(xiàn)在一般只能加工模數(shù)較小的齒輪或其他帶齒零件，一起對精度要求較高的齒輪，在用無屑加工成形后仍需求運(yùn)用切削加工終精整齒形。無屑加工齒輪需求選用專用的工藝配備，初始投資較大，只要在出產(chǎn)批量較大時(shí)(一般達(dá)萬件以上)才干顯著下降出產(chǎn)成本。

在德國刀具制作商Horn公司每兩年舉辦一次的“技術(shù)開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的全進(jìn)程。

Horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉(zhuǎn)位刀片。圖1中的旋轉(zhuǎn)展臺展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)Y(jié)而成的刀片進(jìn)行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結(jié)合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實(shí)驗(yàn)室對質(zhì)料進(jìn)行的檢驗(yàn)檢測后，對其進(jìn)行攪拌混合，直至達(dá)到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進(jìn)行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡單，一般可采用如圖3所示的電動(dòng)軸向壓坯機(jī)壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經(jīng)過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔（如在燒結(jié)前無需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因?yàn)榈镀撃；蛟S比較困難（或許完全無法脫模）。Horn公司這臺壓坯機(jī)采用了機(jī)器人自動(dòng)裝料/卸件設(shè)備（見壓坯機(jī)左側(cè)）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機(jī)上成型。該機(jī)推擠原資料經(jīng)過一個(gè)模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動(dòng)芯軸銷，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)冷卻通道。在擠出成型機(jī)下部能夠看到，構(gòu)成的生坯呈長條狀，還需要將其切成所需長度，經(jīng)過清潔后再送去進(jìn)行預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預(yù)燒結(jié)工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個(gè)裝在流道上的刀片的3D設(shè)計(jì)圖）。該工藝所用的打針成型機(jī)能夠設(shè)置超過5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針?biāo)俣葹?m/sec，打針壓力蕞大可達(dá)2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機(jī)、壓坯機(jī)和擠出成型機(jī)相鄰的工區(qū)（見圖7）專門擔(dān)任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機(jī)床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標(biāo)磨床等機(jī)床，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標(biāo)測量機(jī)等設(shè)備。

圖7

用擠出成型機(jī)或打針成型機(jī)成型的刀片生坯經(jīng)過清潔后，還必須進(jìn)行預(yù)燒結(jié)。這道工序耗時(shí)2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預(yù)固化。刀片毛坯經(jīng)過預(yù)燒結(jié)后，即可進(jìn)入燒結(jié)階段（用軸向壓坯機(jī)成型的毛坯無需預(yù)燒結(jié)，可直接進(jìn)行燒結(jié)）。經(jīng)過在1,350℃－1,550℃的高溫文可達(dá)100bar的氣體壓力下進(jìn)行燒結(jié)，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結(jié)進(jìn)程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構(gòu)成無孔隙的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外，燒結(jié)后刀片的體積大約會比燒結(jié)前縮小20％－22％（見圖8）。整個(gè)燒結(jié)進(jìn)程大約需要持續(xù)20小時(shí)才干完結(jié)。

圖8

經(jīng)過一系列計(jì)量室測試和質(zhì)量控制程序（包含掃描電鏡檢測、維氏硬度檢測、密度檢測、磁飽和度檢測等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運(yùn)送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機(jī)公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產(chǎn)廠的加工機(jī)床總數(shù)超過200臺，這些機(jī)床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準(zhǔn)備對其進(jìn)行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺涂層爐）進(jìn)行PVD或CVD涂層。完結(jié)涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務(wù)的許多員工都曾參加過企業(yè)自己的學(xué)徒訓(xùn)練計(jì)劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學(xué)徒已處于訓(xùn)練的高及階段。在參與手動(dòng)和數(shù)控加工之前，學(xué)徒們先要學(xué)習(xí)一些基本技能（如整理文檔）。

鉸孔加工

1  孔徑增大、差錯(cuò)大

依據(jù)具體情況恰當(dāng)減小鉸刀外徑；下降切削速度；恰當(dāng)調(diào)整進(jìn)給量或削減加工余量；恰當(dāng)減小主偏角；校直或報(bào)廢曲折的不能用的鉸刀；用油石細(xì)心修整到合格；操控?cái)[差在允許的范圍內(nèi)；挑選冷卻性能較好的切削液；安裝鉸刀前必須將鉸刀錐柄及機(jī)床主軸錐孔內(nèi)部油污擦凈，錐面有磕碰處用油石修光；修磨鉸刀扁尾；調(diào)整或替換主軸軸承；重新調(diào)整浮動(dòng)卡頭，并調(diào)整同軸度。

2  孔徑縮小

替換鉸刀外徑尺度；恰當(dāng)進(jìn)步切削速度；恰當(dāng)下降進(jìn)給量；恰當(dāng)增大主偏角；挑選潤滑性能好的油性切削液；定時(shí)互換鉸刀，正確刃磨鉸刀切削部分；規(guī)劃鉸刀尺度時(shí)，應(yīng)考慮上述因素，或依據(jù)實(shí)際情況取值；作試驗(yàn)性切削，取適宜余量，將鉸刀磨尖利。

3  鉸出的內(nèi)孔不圓

剛性缺乏的鉸刀可選用不等分齒距的鉸刀，鉸刀的安裝應(yīng)選用剛性聯(lián)接，增大主偏角；選用合格鉸刀，操控預(yù)加工工序的孔方位公差；選用不等齒距鉸刀，選用較長、較精細(xì)的導(dǎo)向套；選用合格毛坯；選用等齒距鉸刀鉸削較精細(xì)的孔時(shí)，應(yīng)對機(jī)床主軸空隙進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)向套的合作空隙應(yīng)要求較高；選用恰當(dāng)?shù)膴A緊方法，減小夾緊力。

4  孔的內(nèi)表面有明顯的棱面

減小鉸孔余量；減小切削部分后角；修磨刃帶寬度；挑選合格毛坯；調(diào)整機(jī)床主軸。

5  內(nèi)孔表面粗糙度值高

下降切削速度；依據(jù)加工資料挑選切削液；恰當(dāng)減小主偏角，正確刃磨鉸刀刃口；恰當(dāng)減小鉸孔余量；進(jìn)步鉸孔前底孔方位精度與質(zhì)量或添加鉸孔余量；選用合格鉸刀；修磨刃帶寬度；依據(jù)具體情況削減鉸刀齒數(shù)，加大容屑槽空間或選用帶刃傾角的鉸刀，使排屑順利；定時(shí)替換鉸刀，刃磨時(shí)把磨削區(qū)磨去；鉸刀在刃磨、運(yùn)用及運(yùn)送過程中，應(yīng)采納保護(hù)措施，防止碰傷。

6  鉸刀的運(yùn)用壽命低

依據(jù)加工資料挑選鉸刀資料，可選用硬質(zhì)合金鉸刀或涂層鉸刀；嚴(yán)格操控刃磨切削用量，防止稍傷；常常依據(jù)加工資料正確挑選切削液；常常清除切屑槽內(nèi)的切屑，用足夠壓力的切削液，通過精磨或研磨到達(dá)要求。

7  鉸出的孔方位精度超差

定時(shí)替換導(dǎo)向套；加長導(dǎo)向套，進(jìn)步導(dǎo)向套與鉸刀空隙的合作精度；及時(shí)修理機(jī)床、調(diào)整主軸軸承空隙。

8  鉸刀刀齒崩刃

修正預(yù)加工的孔徑尺度；下降資料硬度或改用負(fù)前角鉸刀或硬質(zhì)合金鉸刀；操控?cái)[差在合格范圍內(nèi)；加大主偏角；注意及時(shí)清除切屑或選用帶刃傾角鉸刀；注意刃磨質(zhì)量。

9  鉸刀柄部折斷

修正預(yù)加工的孔徑尺度；修正余量分配，合理挑選切削用量；削減鉸刀齒數(shù)，加大容屑空間或?qū)⒌洱X空隙磨去一齒。

10  鉸孔后的孔中心線不直

添加擴(kuò)孔或鏜孔工序校正孔；減小主偏角；調(diào)整適宜的鉸刀；調(diào)換有導(dǎo)向部分或加長切削部分的鉸刀。