齿轮加工过程

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1、第九章典型零件制造工艺 第一节连杆制造工艺 第二节齿轮制造工艺 第三节曲轴制造工艺 第四节箱体零件制造工艺 页码页码页码 返回返回返回 第二节 齿轮制造工艺 页码页码页码 一、概述 （一）齿轮的结构特点 1）单联齿轮，孔的长径比L/D1。 2）多联齿轮，孔的长径比L/D1。 3）盘形齿轮，具有轮毂，孔的长 径比L/D35mm的齿轮，渗碳层深度为 0.91.3mm,齿面淬火硬度5664HRC,心部硬度 3245HRC 对中碳钢或中碳合金钢，经表面淬火后，齿 面硬度不低于53HRC。 页码页码页码 （六）齿轮结构工艺性分析 页码页码页码 1）用滚刀加工双联齿轮的小齿轮时，大、小齿轮之间的 距离B要

2、足够大，以免加工时滚刀碰到大齿轮的端面。 2）当齿轮较宽时，盘形齿轮的端面形状常做成有凹 槽的形式，可减轻齿轮重量和减少机械加工量。 3）盘形齿轮在滚齿机上加工时，为提高生产率，常 采用多件加工。 4）主减速器轴齿轮的结构有悬臂式和骑马式两种。 悬臂式轴锥齿轮的两个轴颈位于齿轮同一侧。骑马 式轴锥齿轮的两轴颈位于两侧，设计骑马式的轴锥 齿轮时，应注意铣齿时铣刀盘不应与小头一侧轴颈 发生干涉，否则，铣刀将切去轴颈。 图 二、齿轮机械加工工艺 （一）工艺路线： 毛坯制造齿坯热处理 齿坯加工（盘套类、轴类） 齿面加工（齿形：圆柱、锥齿轮）轮齿热处理 齿面精加工轮齿精整加工 页码页码页码 （二）齿轮机

3、械加工的定位基准 一、带孔齿轮加工常采用两种定位基准： (1)内孔和端面定位：由齿坯内孔与专用心轴之间的配合来决 定轴心位置，以端面作为轴向定位基准，并从端面进行夹紧。 该定位方式的特点是定位、测量和装配基准重合，定位精度 高；定位时不需要找正，生产率高，故适宜于成批生产。 根据定位的稳定性又分： (a)内孔及端面定位：齿轮孔L/D1L/D1L/D1L/D1 (b)端面及内孔定位：齿轮孔L/D1时，应以孔作为主要定位基面，装在心轴 上，限制四个自由度；端面为定位支撑面，只限制一个自由度。 此时作为定位基准的孔应以较小的公差进行加工，一般按H7加 工。同时为消除孔与心轴间隙，精车齿坯时，常用过盈

4、心轴或 锥形心轴；预加工齿面时，可采用能自动定心的可涨心轴或分 组的间隙心轴。 2、用端面及内孔定位 当齿轮孔L/D1）， 一般先将孔粗、精加工到IT7级精度(有时还应加工外端面)， 然后以内孔定位加工外圆、端面、沟槽和齿面等。 2）对于盘形齿轮或齿圈（齿轮孔L/D1 ），加工时先以毛坯的 一端和外圆做粗定位基准，在车床上加工另一个端面、内孔及 外圆沟槽等。然后调头加工内孔、第一个端面、外圆及其它表 面。 图示为在六角车床上加工齿坯的情况。 加工时，以齿轮毛坯外圆或轮毂外圆及端面作定位基准，安在三爪卡盘内， 加工出内孔(钻、扩、镗、铰、倒角等)和外端面。还要尽量加工那些在这 次安装所能加工的其

5、他表面。 下一工序在普通车床或六角车床上，用已加工好的孔和端面定位，加工另端 面、外圆及倒角等。该方案生产效率低，适合中批以下生产类型。 图示为在多刀半自动车床上粗、精车齿坯。 车齿坯时用孔作为主要的基准，定位比较稳定。可以把工件装在心轴，分别 以两台多刀半自动车床或卡盘式液压仿形车床进行粗、精加工外圆与端面。 大量生产形状较复杂的齿坯，采用多轴半自动卧式或立式车床。 图示为在多轴立式车床上，以两次安装加工齿坯的所有表面。 在工位1进行第一次安装以底面与外圆做为粗基推，定位夹紧。在3、5、7工 位进行加工。在工位2进行第二次安装，工件翻转，以加工过的端面及内孔 定位并夹紧，在4、6、8工位进行

6、加工。机床采用双分度法，即每加工完 后，工作台转过两个工位 。 （四）圆柱齿形加工 确定齿形加工工艺方案时，要考虑齿轮的结构特点、精 度等级、生产批量，生产条件和切齿后所采用的热处 理方法。 1、8级精度以下的齿轮 （1）调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。即滚（插） 齿齿端加工齿面热处理淬火校正内孔 （2）对于淬硬齿轮，可采用滚（插）齿剃齿或冷挤 齿端加工淬火校正孔的加工方案。在淬火前齿形 加工精度应提高一级以上，或在淬火后珩齿。一般滚 齿后的传递运动准确性的精度高，而插齿后的传动平 稳性精度高。 （四）圆柱齿形加工 （1）一般采用粗滚齿精滚齿表面淬火校正基准粗磨齿 精磨齿的加工方案。 （2）

7、大批大量生产时也可采用粗磨齿精磨齿表面淬火校正 基准磨削外珩的加工方案。这种加工方案加工的齿轮精度可 稳定在5级以上，且齿面加工质量好，噪声极低，是品质极高的 齿轮。 2、67级精度齿轮 （1）对于不淬硬齿轮可采用滚齿剃齿。由于剃齿是用自由啮合 来完成切削的，对齿轮的传递运动准确性精度提高较少，该项精 度由滚齿来保证。 （2）对于淬硬齿面的齿轮可采用滚（插）齿齿端加工表面淬 火校正基准磨齿（蜗杆砂轮磨齿），该方案加工精度稳定； 也可采用滚（插）、剃齿或冷挤表面淬火校正基准内啮 合珩齿的加工方案，该方案加工精度稳定，生产率高。 3、5级以上精度的齿轮 （五）锥齿轮齿形加工 视频视频 （六）齿端倒

8、角加工 （1）去掉齿端锐角 齿轮的齿端锐角部分的强度很低且齿面经过淬火很脆，工 作中锐角容易折断，断片会破坏齿轮箱内的零件，故必须预先 把锐角去除。如可在滚齿机上用齿轮滚刀倒角，但生产率低， 成本高。也可用齿轮倒角机倒角。图示为半自动齿轮倒角机。 这种简易机床使用方便，生产率也高。在两个刀具主轴上各装 一个刀头，同时切削齿轮两个端面上的斜齿锐角。工件连续旋 转，两刀头便连续地切去所有的轮齿锐角。 （2）滑动变速齿轮齿端倒圆角 （六）齿端倒角加工 （2）滑动变速齿轮齿端倒圆角 变速器齿轮换挡时，为使齿轮啮合容易，其齿端要有圆角。 指状铣刀在旋转的同时还作上下运动，工件作匀速旋转运动， 两者符合一

9、定的传动比关系。这样，刀具相对于工件的运动轨 迹为与工件的齿数相协调的波浪形，铣刀便在齿端铣出圆角。 （七）精基准的修整 齿轮热处理（渗碳、淬火）后，齿面精度一般下降一 级左右，其内孔和端面也发生变形（直径可缩小 0.010.05mm，端面翘曲等）。 为保证齿面最后精加工和装配基准的准确，热处理后 要修磨基准孔和端面。 磨孔一般在内圆磨床上，为减小端面与孔轴线的误 差，孔与一端面应在一次装夹中磨出（减小圆跳 动）；再用磨过的端面定位磨削另一端面（保证平 行度）。 磨孔时一般都以齿轮分度圆（齿面）定心，可使磨孔 后的齿圈径向跳动量较小。 页码页码页码 （六）精基准的修整 对圆柱齿轮用滚柱在齿面上

10、定位，锥齿轮用钢球在齿面 上定位。要正确选择滚柱或钢球的尺寸，以保证它和 齿面的接触部位是在齿面的中部。 磨孔精度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形 大，硬度高的齿轮，以及内孔较大，厚度较薄的齿 轮，均以磨孔为宜。 （五）精基准的修整 页码页码页码 内孔端面磨床选用弹性薄膜涨力专用夹具。其工作原理是在油缸作用下，推杆9向右 移动，使薄膜体发生弹性变形(张开)，定位夹紧销与工件脱开，此时可以装卸工 件。推杆后退脱离簿膜体，弹性膜片变形恢复，带动定位夹紧销夹紧工件。三个 定位夹紧销分别作用在齿轮的分度圆上。夹具还有三个弹性压爪，分别作用在齿 圈端面上，使工件定位端面紧紧靠在夹具定位支承面上。三

11、个弹性压爪在一导向 机构的作用下，可做90的旋转，使装卸工件方便，全部动作自动完成。 （八）齿轮热处理 汽车用的高转速、重载荷条件下工作的齿轮，通常选用低碳钢和 低碳合金结构钢。热处理的目的是使齿轮表面具有高的硬度，而 心部要保持韧性。变速箱中滑动齿轮的热处理还要提高花键孔内 径表面(内径定心的定心表面)和侧面的硬度，使其具有足够的耐 磨性。 1齿坯热处理 钢料齿坯最常用的热处理是正火或调质。 正火一船安排在铸造或锻造之后，切削加工之前。目的是消除钢件 中残留的应力，并且使组织均匀和细化，从面改善切削性能，还 可减少淬火时变形和开裂的倾向。 调质也是为了细化晶粒和组织均匀，调质可使齿坯韧性更增

12、高些。 1齿坯热处理 2轮齿的热处理 低碳合金钢齿轮热处理采用渗碳和淬火。中碳钢或中碳合金钢齿轮 则只采用淬火的方法。淬火有整体淬火和局部淬火两种。 整体淬火后的轮齿在整个断面的硬度近于一致，由于心部韧性不 高，不耐冲击。 高频淬火是为了得到比普通淬火硬度稍高的表层，并保持心部的强 度和韧性。由于加热时间极短，也减少加热表面的氧化和脱碳。 渗碳是齿轮放在渗碳介质中（固体或气体）使碳原子渗入低碳钢的 表面层，使表层增碳。因此齿轮在淬火后表面具有高硬度且耐 磨，心部仍保持一定的强度和较高的韧性。如汽车螺旋伞齿轮的 线速度可达18ms，要求齿面具有耐磨性、抗冲击性能及抗弯性 能等，选用20CrMnT

13、i渗碳淬火，渗碳层深度1.21.6mm，表面硬 度HRC5863，心部硬度HRC3348，能满足使用要求。 氮化是将齿轮置于氨气中并加热，使活性氮原子渗入轮齿表面层， 形成硬度很高(HRC60)的氮化物薄层(约0.5mm)。由于加热温度 低，且不需另外淬火，所以变形很小。氮化层还具有抗腐蚀性 能，所以氮化齿轮不需要进行镀锌、发蓝等防腐蚀的化学处理。 1齿坯热处理 2轮齿的热处理 3热处理对产品质量的影响 1）直径大而薄的齿轮，例如汽车从动伞齿轮，热处理时最容易产 生端面翘曲，而且不可能用压力矫正的方法消除变形（压力矫正 会产生额外的内应力，并使齿轮在工作过程中又产生翘曲）。如 果在热处理时，把

14、这种齿轮用压模压着淬火，则可以减少变形。 2）为了减少外径定心花键孔在淬火时的变形，有时用空心花键心 轴(以不变形的耐热钢制造)压入，一同加热和淬火。空心的心轴 有许多径向的孔道，冷却液通过这些孔道，冲洗并冷却花键孔， 冷却后把心轴压出。这种方法的缺点在于很难选择与齿轮工件有 同样膨胀系数的心轴材料，而且要用大量贵重材料制造心轴。另 外，用这种方法热处理花键孔表面的硬度不均匀，淬火效果也差。 3）在局部淬火中，汽车行业主要采用高频淬火。高频淬火后齿轮 孔的变形很小，而且容易用推刀校正。但是，局部表面淬火的性 能不如采用表面渗碳淬火的可靠耐用。 4）淬火后的齿轮都要回火，以消除内应力。 （九）大

15、小齿轮的配对 大批量生产中，通常是多台机床同时进行齿形加工，接 触区的形状、位置大小及其齿侧间隙是有差异的，齿轮 经过热处理后，会加大这种差异，为了保证螺旋伞齿轮 副的质量，伞齿轮齿面的最后加工，采用选配工艺方法。 在理论安装距下，接触区和齿侧间隙要求进行选配，噪 声按经验不超过86dB。对少部分因差异大，不能进行正 常选配的螺旋伞齿轮，采用研齿工艺方法进行修复。 三、不同生产类型中齿轮机械加工的工艺过程 1、基准面（内孔及端面或轴齿轮端面及中心孔）的加 工； 2、外表面及其他表面的加工； 3、齿面的粗、精加工； 4、热处理； 5、修复定位基面及精加工装配基准（内孔及端面、轴颈、 花键等）；

16、6、热处理后的精加工； 7、主要工序后，对工件清洗、中间检验和最终检验。 单件小批量、直齿圆柱齿轮 齿轮精度齿轮精度齿轮精度齿轮精度：766FL 齿面粗糙度齿面粗糙度齿面粗糙度齿面粗糙度：0.8m 材料材料材料材料：40Cr 双联齿轮、批量 双联齿轮、批量 页码页码页码 表8-1大量生产汽车第一速及倒车齿轮的工艺过程 工序号工序内容设备工序号工序内容设备 l扩孔立式钻床10剃齿或冷挤齿 剃齿机或挤齿 机 2车轮毂端面车床11修花键槽宽压床 3拉花键孔拉床12清洗清洗机 4精车另一端面车床12J中间检验 5车齿坯八轴立式车床13热处理 5J中间检验14对滚专用对滚机 6去毛剌15磨内孔内圆磨床 7滚齿双轴滚齿机16珩磨蜗杆式珩齿机 8倒齿端圆角倒角机17清洗清洗机 9清洗清洗机18修理齿面 9J中间检验18J最终检验 表 8-2 成批生产汽车第一速及倒车齿轮的工艺过程 工序号工序内容设备工序号工序内容设备 1粗车小端外圆、端面车床7J中间检验 2粗车大端外圆、孔、端面