齒輪軸在機械設備當中具有著十分重要的作用,因此我們應該從多個方面來對齒輪軸的加工工藝進行優(yōu)化和分析。通過對齒輪軸的加工材料選擇、表面化學處理、熱處理等措施進行具體的探討,并通過生產(chǎn)中的實踐來進行分析,從而研究出能夠優(yōu)化齒輪軸加工質(zhì)量和加工效率的加工工藝,更好地發(fā)揮出齒輪軸的作用。本文針對工程機械齒輪軸加工工藝進行分析,并提出具體的優(yōu)化對策,希望能夠為相關工作人員起到一些參考作用。

在工程機械當中,齒輪軸的主要作用是對回轉(zhuǎn)零件起到支撐作用,從而使回轉(zhuǎn)運動能夠得以實現(xiàn),并傳遞相應的轉(zhuǎn)矩和動力,其主要具有傳動效率高、結構緊湊以及使用壽命長等相關優(yōu)點,在通用機械尤其是工程機械傳動當中,是十分重要的一種零件?，F(xiàn)如今隨著我國拉動內(nèi)需的啟動,基礎建設也將得到良好的發(fā)展,而工程機械需求和產(chǎn)量也都會不斷的提高。因此我們應對齒輪軸材料的選用、熱處理方式以及機械加工等進行有效的優(yōu)化,從而提高齒輪軸的加工質(zhì)量和加工效率,延長齒輪軸的使用壽命。 

齒輪軸加工工藝分析及優(yōu)化 

零件結構分析:齒輪軸對精度具有較高的要求,需要在齒輪軸加工時注意相關問題。具體包括齒輪軸的材料基準熱處理、以及齒型加工等方面要進行正確的選擇和分析,從而確保能夠提 高齒輪軸的加工質(zhì)量。以輸入齒輪軸為例,其外圓表面尺寸的公差多數(shù)都可以控制在±0.01mm以內(nèi),而表面的粗糙度, 則主要為Ra3.2~0.8μm,位置精度一般為尺寸精度數(shù)值的三分之一到五分之一,齒輪的精度等級則為7-5 級。加工前需要了解齒軸的各項技術要求和結構工藝性,按照圖紙要求的定位基準合理安排加工順序。 

材料的選用:以減速機為例,常用的齒輪軸主要采用的材料具體包括合金鋼中的 42CrMo、20CrMnMo、20Cr2Ni4、17CrNiMo6 等。根據(jù)齒輪軸的不同用途和設計強度的不同,對其材料的選用以及熱處理的工藝要求也會存在著一定的差異。20CrMnMo、20Cr2Ni4、17CrNiMo6 等材料一般會采用調(diào)質(zhì)后用磨前滾刀滾齒后采用滲碳淬火工藝然后磨齒成成品, 最終齒部硬度可以達到50-62HRC。 

毛坯的選擇:在加工過程當中,由于對齒輪軸的機械強度具有較高的要求,而且其各個階梯直徑也具有較大的差別,因此為了能夠有效地減少材料消耗以及加工的勞動量,我們通常會選擇鍛件毛坯。以圖1的產(chǎn)品為例(M=9,Z=17),該產(chǎn)品要求使用 17CrNiMo6的電渣重熔材料。毛坯的原材料應使用精煉鋼,該鋼由轉(zhuǎn)爐冶煉,并在爐內(nèi)鎮(zhèn)靜和真空脫氣處理,加上二次電渣重熔,嚴格控制 H、O、N 等氣體的增量。采用電渣重熔鋼錠,可以提高鋼的純凈度,明顯改善鋼的塑性及韌性,減少枝晶偏析,杜絕了疏松及縮孔的出現(xiàn), 可明顯改善鋼的等向性。 

圖 1  齒輪軸鍛件毛坯 

該軸的鍛造工藝流程為:原料開坯→下料鋸切→加熱→鍛造→鍛后熱處理→ 機加工→探傷檢尺。該鍛件采用鍛前開坯的方式,過程中采用小十字交叉的變形方式,對原料進行拔長、鐓粗鍛造,使鍛造比大于6以上,可最大程度改善原料原始的成分不均勻、枝晶偏析等缺陷;成型鍛造使用小摔子,將小直徑拔長摔圓鍛出。使鍛件達到組織均勻、流線合理、變形比均勻的目的,提高了產(chǎn)品的等向性能。鍛后快速冷至300～400℃左右,裝電爐進行正火+高溫回火,以改善組織和機械加工性能。

預備熱處理及半精車:鍛坯在鍛打粗車干凈黑皮以后,需要進行調(diào)質(zhì)處理, 調(diào)質(zhì)處理就是指淬火加高溫回火的雙重熱處理方法,其目的是使工件具有良好的綜合機械性能。高溫回火是指在500-650℃之間進行回火。調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能,材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整,其強度、塑性和韌性都較好,具有良好的綜合機械性能。圖1產(chǎn)品為例,調(diào)質(zhì)時采用正火加調(diào)質(zhì)的預處理工藝, 加熱到在880℃溫度,然后保溫2.5小時,以油冷方式冷卻至室溫。然后以650℃進行回火處理,保溫5h,空冷至室溫。

預處理后硬度控制在 160~200HBS,下道工序進行半精車加工,半精車盡量選取較小的切削深度和進給量,而切削速度則可以取高點。精車要求切削深度要小,走刀量也要小, 半精車完畢后,不但工件的直徑幾何尺寸要合格,而且對表面的粗糙度要求也較高,而且也要合格。精車的加工精度可達 IT8~IT6 級,表面粗糙度Ra可達1.6~0.8μm。 

齒部加工及精車:通常在機械設備當中,齒輪軸由于其精度不同,因此劃分為具體的級別。而插齒和滾齒可以有效的保證齒型所具有的精度,但二者相比滾齒的精度要更高,而且也具有更高的效率,因此對于外齒的齒輪軸,可以用滾齒機對其進行小批量的生產(chǎn)和大批量的生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)方式不同, 其加工程序也會有所不同,如圖1產(chǎn)品可以使用磨前滾刀進行滾齒處理,然后進行滲碳、淬火、精磨車、磨齒等加工 工序。而對于需要進行淬火處理的齒輪,需要在具體的淬火前將其精度提高。如圖2所示。 

圖2 齒輪鍛件淬火(部分展示) 

而花鍵則可以根據(jù)不同的形狀來將其具體的分為矩形花鍵和漸開線花鍵,通常后者在機械設備當中具有普遍的應用。精車時以齒輪軸兩端的頂尖孔來作為基準并對其進行精車外圓,如果想有效的提高加工效率和加工質(zhì)量,可以在精車的過程當中采用數(shù)控車削的方法,從而來有效的提升加工效率并能夠確保齒輪軸弧面等特性的加工質(zhì)量。

表面化學處理及熱處理的注意事項 

在齒輪軸的加工過程當中,為了確保齒輪軸能夠正常使用,需要對其進行表面化學處理及熱處理工藝。如圖3所示。 

圖3  齒輪熱處理(內(nèi)淬火)

而在熱處理過程當中,我們首先要對溫度進行控制, 并明確自己的冷卻速度以及冷卻介質(zhì)等相關的質(zhì)量因素。而對齒輪軸的危險截面,即與齒寬對稱中心線成30度角的直線,與齒根圓角相切處,需要進行相應的強度檢測,除此之外還應對重要的齒輪軸參照國外同類零件的要求或 者是用戶協(xié)議等來對齒輪軸的齒心韌性和塑性進行檢測。齒輪軸的直徑位置應該位于齒寬對稱中心線與齒根圓相交處。在經(jīng)過具體的熱處理后,其兩端的頂尖孔需要進行研磨處理,主要是對于其外圓表面和端面進行磨削,并以兩端的頂尖孔來作為精基準,確保滿足相關的加工要求。為了能夠?qū)X輪軸表面的輕度和韌性進行保證,通常需要對齒輪軸進行滲碳和淬火處理。以圖1產(chǎn)品為例,其滲氮層深度為2.1～2.5毫米。滲碳后對齒輪軸進行淬火處理,淬火后齒部的硬度可以達到58-62HRC?；ㄦI齒部、凹槽等一些局部部位不需要進行表面滲碳和淬火處理時,需要在其表面涂抹相應的防滲透料,防止這些位置在后續(xù)加工中硬度高,難以加工。

工藝路線 

對于 20CrMnMo、20Cr2Ni4、17CrNiMo6等材料的齒輪軸,其生產(chǎn)工藝的具體步驟為下料、鍛造、粗車、正火調(diào)質(zhì)、 半精車、滾齒,隨后進行滲氮和淬火,隨后精車、磨齒。在整個加工過程當中,我們需要注意由于加工的工序較為復雜和繁多,因此需要對加工過程進行精細化處理。隨著科學技術水平的不斷提升,對齒輪軸的加工工藝也在進行著優(yōu)化和改進,并在具體的生產(chǎn)實踐當中不斷的進行著摸索和完善,從而有效的提高齒輪軸的加工質(zhì)量和加工效率,延長齒輪軸的使用壽命,確保能夠生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的齒輪軸,從而使機械設備能夠更好的進行生產(chǎn)任務,提高自身的生成量。

綜上所述,通過對齒輪軸的工藝進行分析,并根據(jù)對照產(chǎn)品裝備圖來分析了齒輪軸,對其性能、用途和具體的工作條件等進行了解,明確了該零件在產(chǎn)品當中的具體作用和主要位置。通過對齒輪軸以及各項技術條件進行制定的依據(jù),從而發(fā)現(xiàn)技術的相關要求和關鍵技術,這樣可以在對工藝進行優(yōu)化的過程中更好地擬定工藝規(guī)程,從而提高齒輪軸的加工質(zhì)量。具體來說,通過對齒輪軸加工材料的合理選擇、科學合理的表面化學處理以及熱處理,并優(yōu)化切削加工工藝等對策,使其在具體的生產(chǎn)實踐當中能夠得到有效的應用,全面提高齒輪軸的加工質(zhì)量和加工效率,延長齒輪軸的使用壽命。

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