CN106271476A - 60°锥齿轮加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了齿轮加工制造领域内的60°锥齿轮加工工艺，包括备料、毛坯两端划钻中心孔、粗车见光、探伤、热处理、粗车、毛坯复验、半精车、粗铣齿、倒角、热处理、喷丸、精车、粗磨、精铣齿、着色滚检、检测、精磨、终检的步骤，通过本方案的工艺能够完成对60°轴交角锥齿轮的加工制造，生产的60°轴交角锥齿轮成型质量好，内部缺陷少，啮合精度高，传动平稳性好，适用于特殊部件结构，能保证设备刚性，缩小外形尺寸，减少占用空间的浪费。

Description

60°锥齿轮加工工艺

技术领域

本发明涉及齿轮加工制造领域，具体涉及一种60°锥齿轮加工工艺。

背景技术

随着机械工业的发展与科学技术的进步，众多工业部门对齿轮产品性能的要求愈来愈高，促使齿轮产品向高精度、高速度、高强度、低噪音、小型化方向发展。目前，齿轮的制造技术水平已难以满足高精度齿轮产品的生产要求，进一步提高齿轮精加工水平，在齿轮制造领域引入特种加工和复合加工方法势在必行。

锥齿轮用于传递相交轴之间的运动和动力，无特殊要求时，取轴交角90°。对于钢厂轧机、大型加工设备等特殊部件结构，需采用非90°的轴交角，保证设备刚性，缩小外形尺寸，而对于60°轴交角弧齿锥齿轮目前还没有专用的加工工艺方法。

发明内容

本发明意在提供60°锥齿轮加工工艺，以实现对60°轴交角弧齿锥齿轮的加工制造。

为达到上述目的，本发明的基础技术方案如下：60°锥齿轮加工工艺，包括以下步骤：

A、备料；

B、探伤，用超声波对工件进行检测，检测后的工件缺陷容许≤φ2mm，底波降低量≤6dB；

C、粗车，车出齿轮轴和齿轮体，从锥齿轮粗车体上切取第一本体试样和第二本体试样；

D、毛坯复检，对第一本体试样进行化学成分、晶粒度、非金属夹杂物的复验，对第二本体试样进行机械性能复验；

E、粗铣齿，用铣刀对齿轮体进行粗铣加工，创建60°轴交角锥齿轮副模型，确定啮合区位置；60°轴交角锥齿轮副模型包括分锥角之和等于60°的大轮和小轮，分锥角的计算公式为tan小轮分锥角＝sin60°/(大轮齿数/小轮齿数+cos60°)；加工时齿形的修形参数为0.01倍的模数，齿形的修向参数为0.2倍的模数；对齿形加工时铣出左、右齿面，先对齿的左侧面加工，再对齿的右侧面进行加工，每个齿的左侧面沿背锥到前锥方向加工，右侧面沿前锥到背锥方向加工，沿齿高方向层层递进加工成齿形，中点分度圆弦齿厚度预留1mm厚的精铣齿量，对齿廓倒角1.5×45°，对齿顶倒圆角R1，成型为一体式60°轴交角锥齿轮；

F、热处理；

G、喷丸；

H、精车，对喷丸处理后的锥齿轮进行精车，使齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆单边留0.3mm余量，端面留0.2mm余量；

I、粗磨，粗磨齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆，单边留0.15mm余量，磨削长度到成品；

J、精铣齿，对左右齿面进行精加工，中点齿厚加工到成品；先对齿的左侧面加工，再对齿的右侧面进行加工，每个齿的左侧面沿背锥到前锥方向加工，右侧面沿前锥到背锥方向加工，沿齿高方向层层递进加工成齿形；

K、着色滚检，对锥齿轮进行着色检验啮合精度；

L、检测，着色滚检后的成品锥齿轮送齿轮检测仪检测其齿部精度，并进行磁粉探伤，使之工件探伤后线性缺陷≤0.5，圆形缺陷≤0.1；

M、精磨，将检测后的工件进行精磨，精磨工件各台阶外圆到成品；

N、终检。

本方案的原理及优点是：加工前准备整体原料，对原料进行超声波探伤检测，规避原料内部缺陷，降低原料内部缺陷对齿轮质量造成的影响。粗车的时候取用第一本体试样和第二本体试样分别用于化学成分、晶粒度、非金属夹杂物和机械性能的复验，符合材料测验的合理性。粗铣齿时先通过公式计算出来的锥齿轮大轮和小轮分锥角之和为60°，确定锥齿轮大轮和小轮的分锥角，通过分锥角之和确定锥齿轮使用时的轴交角为60°，修形参数为为0.01倍的模数，这样与未修形时相比,进入啮合位置载荷下降约20％，退出啮合位置载荷下降约40％，改善齿轮传动的平稳性。修向参数为0.2倍的模数，这样轮齿上载荷最小,载荷沿齿宽对称分布，改善齿轮使用时产生的偏载现象，使齿轮传动更加平稳，使用效果更好，使用寿命更长。铣齿时单面加工，左侧沿背锥向前锥，右侧从前锥向背锥加工，层层递进加工齿高，这样对刀具的磨损小，降低刀具磨损对齿形加工带来的误差影响，提高齿轮精度。中点分度圆弦齿厚预留精铣齿量到1mm，为后续精铣齿的加工做准备；锥齿轮的齿顶倒圆角，能避免棱角刮伤其它设备或者人员，防止应力集中与啮合干涉，这样完成60°轴交角弧齿锥齿轮的粗加工，初步成型60°轴交角锥齿轮。喷丸处理，提高齿疲劳强度和消除热处理应力，精车、粗磨、精铣齿完成60°轴交角锥齿轮的精加工，进一步提高齿轮啮合精度。进行着色滚检和检测完成对60°轴交角齿轮的啮合检测和内部缺陷检测，保障成品质量，再通过精磨对成品表面进行抛光处理，去除成品表面缺陷，进一步提高成品精度。通过本方案的工艺能够完成对60°轴交角锥齿轮的加工制造，生产的60°轴交角锥齿轮成型质量好，内部缺陷少，啮合精度高，传动平稳性好，轴交角为60°轴交角，适用于特殊部件结构，能保证设备刚性，缩小外形尺寸，减少占用空间的浪费。

优选方案一，作为基础方案的一种改进，所述着色滚检步骤中，机床轴交角调至60°，装夹锥齿轮副进行啮合实验，轻载时啮合区域中长度方向占总齿宽的45％～65％，高度方向占全齿高的50％，接触位置在啮合区域的中部偏锥齿轮小端，确定安装距及侧隙，在滚检机上进行轻载运行5～10分钟，检测噪音≤80分贝。齿轮啮合接触区域有大小、位置要求，接触区比例过小，传递的扭矩达不到要求，比例过大，加载后会出现啮合干涉，容易断齿。设定啮合区域中长度方向占总齿宽的45％～65％，高度方向占全齿高的50％，这样设置对加工完成的锥齿轮进行啮合区域的检测，能直观有效的反映齿轮的啮合情况，便于及时解决该问题，降低问题发现不及时带来的后续补救成本。

优选方案二，作为基础方案的一种改进，所述粗铣齿采用硬质合金棒铣刀，棒铣刀以顺铣的方式对锥齿轮粗车体进行铣削加工，棒铣刀进刀路径平行于锥齿轮粗车体的面锥设置。采用硬质合金棒铣刀其铣削速度较高、加工表面质量也较好,并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，切削平稳性更好,加工精度更高。

优选方案三，作为基础方案的一种改进，所述备料步骤包括将毛坯正火升温到930℃保温3小时，在空气中冷却到室温，再升温到680℃保温3小时，再在空气中冷却到室温，在毛坯的两端划钻B5中心孔，去除工件表面氧化层，得到锥齿轮粗车体。这样处理能细化毛坯的组织，达到非金属夹杂物要求，使其布氏硬度达到HB215～235，便于加工。

优选方案四，作为基础方案的一种改进，所述热处理步骤包括将锥齿轮除齿牙外其余部分涂0.3mm厚的防渗碳层后在920～930℃保温8小时，然后空冷至400～500℃，再升温至820～830℃保温4小时后进行油淬，油温为60℃，使得齿面硬度为HRC56～60，芯部硬度为HRC30～42。这种热处理工艺同时有随炉的试样可以进行硬度检测，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

优选方案五，作为基础方案的一种改进，所述喷丸步骤包括用2.5mm的铁砂对锥齿轮齿面进行喷丸处理，使齿面硬度为HRC58～62。这样处理后使得锥齿轮的齿面耐磨性提高，长期使用过程中不易被磨损。加工齿形时采用越齿数加工。

优选方案六，作为基础方案至优选方案五任意一种的改进，加工齿形时采用越齿数加工，采用越齿数加工，对轮齿进行间隔性加工，减少刀具磨损对齿轮累计精度误差的影响。

优选方案七，作为优选方案六的一种改进，所述探伤步骤使用的超声波频率为2.5MHz。采用此频率的超声波检测效果更好，能有效检测出工件内部的延伸缺陷和密集缺陷区。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例如下：

60°锥齿轮加工工艺，包括以下步骤：

A、备料，锻造毛坯，将毛坯正火升温到930℃保温3小时，在空气中冷却到室温，再升温到680℃保温3小时，再在空气中冷却到室温，在毛坯的两端划钻B5中心孔，将工件装夹在车床上，车刀车工件的齿轮体、齿轮轴的各阶台外圆，去除工件表面氧化层，得到锥齿轮粗车体；这样处理能细化毛坯的组织，达到非金属夹杂物要求，使其布氏硬度达到HB215～235，便于加工；

B、探伤，用频率为2.5MHz的超声波对工件进行检测，检测后的工件缺陷容许≤φ2mm，底波降低量≤6dB，使工件不产生延伸缺陷与密集缺陷区；

C、粗车，在车床上搭中心架，将锥齿轮粗车体装夹在车床上，进一步通过车工件齿轮体、齿轮轴的各台阶外圆和长度，单边留5mm余量，修两端中心孔，并从中切取有第一本体试样与第二本体试样；

D、毛坯复检，对第一本体试样进行化学成分、晶粒度、非金属夹杂物的复验，对第二本体试样进行机械性能复验；复验要求如下：

化学分析

元素

C

Si

Mn

Cr

Ni

Mo

P

S

含量(％)

0.15-0.2

≤0.4

0.4-0.6

1.5-1.8

1.4-1.7

0.25-0.35

≤0.035

≤0.035

非金属夹杂物

淬火、回火后的机械性能

E、粗铣齿，用硬质合金棒铣刀对齿轮体进行粗铣加工，采用硬质合金棒铣刀其铣削速度较高、加工表面质量也较好,并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，切削平稳性更好,加工精度更高；确定大小轮分锥角之和等于60°，分锥角的计算公式为tan小轮分锥角＝sin60°/(大轮齿数/小轮齿数+cos60°)，修形参数为0.01倍的模数，修向参数为0.2倍的模数，小轮的螺旋角等于大轮螺旋角减去0.07mm，确定啮合区位置，棒铣刀以顺铣的方式对锥齿轮粗车体进行铣削加工，棒铣刀进刀路径平行于锥齿轮粗车体的面锥设置；采用越齿数加工方式铣出左、右齿面，先对齿的左侧面加工，再对齿的右侧面进行加工，每个齿的左侧面沿背锥到前锥方向加工，右侧面沿前锥到背锥方向加工，沿齿高方向层层递进加工成齿形；采用越齿数加工，对轮齿进行间隔性加工，减少刀具磨损对齿轮累计精度误差的影响；中点分度圆弦齿厚度预留1mm厚的精铣齿量，对齿廓倒角1.5×45°，对齿顶倒圆角R1，成型为一体式60°轴交角弧齿锥齿轮；

F、热处理，将锥齿轮除齿牙外其余部分涂0.3mm厚的防渗碳层后在920～930℃保温8小时，然后空冷至400～500℃，再升温至820～830℃保温4小时后进行油淬，油温为60℃，使得齿面硬度为HRC56～60，芯部硬度为HRC30～42；这种热处理工艺同时有随炉的试样可以进行硬度检测，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性；

G、喷丸，用2.5mm的铁砂对锥齿轮齿面进行喷丸处理，使齿面硬度为HRC58～62；这样处理后使得锥齿轮的齿面耐磨性提高，长期使用过程中不易被磨损。加工齿形时采用越齿数加工；

H、精车，对喷丸处理后的锥齿轮进行精车，喷丸后的锥齿轮装夹在车床上，车床卡装夹背锥方向轴颈，专用工装的直柄顶尖顶面锥方向轴颈中心孔，车刀车齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆单边留0.3mm余量，端面留0.2mm余量；

I、粗磨，精车后的工件装夹外圆磨床，双顶锥齿轮中心孔，粗磨齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆，单边留0.15mm余量，磨削长度到成品；

J、精铣齿，粗磨后的锥齿轮装夹，分度头装夹齿轮背锥方向轴颈，用专用工装顶住工件面锥方向的中心孔，对左右齿面进行精加工，中点齿厚加工到成品；先对齿的左侧面加工，再对齿的右侧面进行加工，每个齿的左侧面沿背锥到前锥方向加工，右侧面沿前锥到背锥方向加工，沿齿高方向层层递进加工成齿形；

K、着色滚检，精铣齿后的齿轮与相配对的齿轮进行着色，机床轴交角调至60°，装夹锥齿轮副进行啮合实验，轻载时啮合区域中长度方向占总齿宽的45％～65％，高度方向占全齿高的50％，接触位置在啮合区域的中部偏锥齿轮小端，确定安装距及侧隙，在滚检机上进行轻载运行5～10分钟，检测噪音≤80分贝；齿轮啮合接触区域有大小、位置要求，接触区比例过小，传递的扭矩达不到要求，比例过大，加载后会出现啮合干涉，容易断齿。设定啮合区域中长度方向占总齿宽的45％～65％，高度方向占全齿高的50％，这样设置对加工完成的锥齿轮进行啮合区域的检测，能直观有效的反映齿轮的啮合情况，便于及时解决该问题，降低问题发现不及时带来的后续补救成本；

L、检测，着色滚检后的成品锥齿轮送齿轮检测仪检测其齿部精度，并进行磁粉探伤，使之工件探伤后线性缺陷≤0.5，圆形缺陷≤0.1；

M、精磨，将检测后的工件进行精磨，精磨工件各台阶外圆到成品；

N、终检，精磨后的工件进行终检，检验各尺寸精度，并做好记录。

本实施例中，加工前准备整体原料，对原料进行超声波探伤检测，规避原料内部缺陷，降低原料内部缺陷对齿轮质量造成的影响。粗车的时候取用第一本体试样和第二本体试样分别用于化学成分、晶粒度、非金属夹杂物和机械性能的复验，符合材料测验的合理性。粗铣齿时先通过公式计算出来的锥齿轮大轮和小轮分锥角之和为60°，确定锥齿轮大轮和小轮的分锥角，通过分锥角之和确定锥齿轮使用时的轴交角为60°，修形参数为为0.01倍的模数，这样与未修形时相比,进入啮合位置载荷下降约20％,退出啮合位置载荷下降约40％，改善齿轮传动的平稳性。修向参数为0.2倍的模数，这样轮齿上载荷最小,载荷沿齿宽对称分布，改善齿轮使用时产生的偏载现象，使齿轮传动更加平稳，使用效果更好，使用寿命更长。铣齿时单面加工，左侧沿背锥向前锥，右侧从前锥向背锥加工，层层递进加工齿高，这样对刀具的磨损小，降低刀具磨损对齿形加工带来的误差影响，提高齿轮精度。中点分度圆弦齿厚预留精铣齿量到1mm，为后续精铣齿的加工做准备；锥齿轮的齿顶倒圆角，能避免棱角刮伤其它设备或者人员，防止应力集中与啮合干涉，这样完成60°轴交角弧齿锥齿轮的粗加工，初步成型60°轴交角锥齿轮。喷丸处理，提高齿疲劳强度和消除热处理应力，精车、粗磨、精铣齿完成60°轴交角锥齿轮的精加工，进一步提高齿轮啮合精度。进行着色滚检和检测完成对60°轴交角齿轮的啮合检测和内部缺陷检测，保障成品质量，再通过精磨对成品表面进行抛光处理，去除成品表面缺陷，进一步提高成品精度。通过本方案的工艺能够完成对60°轴交角锥齿轮的加工制造，生产的60°轴交角锥齿轮成型质量好，内部缺陷少，啮合精度高，传动平稳性好，轴交角为60°，适用于特殊部件结构，能保证设备刚性，缩小外形尺寸，减少占用空间的浪费。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.60°锥齿轮加工工艺，包括以下步骤：

A、备料；

B、探伤，用超声波对工件进行检测，检测后的工件缺陷容许≤φ2mm，底波降低量≤6dB；

C、粗车，车出齿轮轴和齿轮体，从锥齿轮粗车体上切取第一本体试样和第二本体试样；

D、毛坯复检，对第一本体试样进行化学成分、晶粒度、非金属夹杂物的复验，对第二本体试样进行机械性能复验；

E、粗铣齿，用铣刀对齿轮体进行粗铣加工，铣出左、右齿面，中点分度圆弦齿厚度预留1mm厚的精铣齿量，对齿廓倒角1.5×45°，对齿顶倒圆角R1，成型为一体式60°轴交角锥齿轮；

F、热处理；

G、喷丸；

H、精车，对喷丸处理后的锥齿轮进行精车，使齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆单边留0.3mm余量，端面留0.2mm余量；

I、粗磨，粗磨齿轮轴、齿轮体各台阶的外圆，单边留0.15mm余量，磨削长度到成品；

J、精铣齿，对左右齿面进行精加工，中点齿厚加工到成品；

K、着色滚检，对锥齿轮进行着色检验啮合精度；

L、检测，着色滚检后的成品锥齿轮送齿轮检测仪检测其齿部精度，并进行磁粉探伤，使之工件探伤后线性缺陷≤0.5，圆形缺陷≤0.1；

M、精磨，将检测后的工件进行精磨，精磨工件各台阶外圆到成品；

N、终检；

其特征在于：所述粗铣齿步骤中包括创建60°轴交角锥齿轮副模型；所述60°轴交角锥齿轮副模型包括分锥角之和等于60°的大轮、小轮，分锥角的计算公式为tan小轮分锥角=sin60°/（大轮齿数/小轮齿数+cos60°）；加工时齿形的修形参数为0.01倍的模数，齿形的修向参数为0.2倍的模数；对齿形加工时先对齿的左侧面加工，再对齿的右侧面进行加工，每个齿的左侧面沿背锥到前锥方向加工，右侧面沿前锥到背锥方向加工，沿齿高方向层层递进加工成齿形。

2.根据权利要求1所述的60°锥齿轮加工工艺，其特征在于：所述着色滚检步骤中，机床轴交角调至60°，装夹锥齿轮副进行啮合实验，轻载时啮合区域中长度方向占总齿宽的45%～65%，高度方向占全齿高的50%，接触位置在啮合区域的中部偏锥齿轮小端，确定安装距及侧隙，在滚检机上进行轻载运行5～10分钟，检测噪音≤80分贝。

3.根据权利要求1所述的60°锥齿轮加工工艺，其特征在于：所述粗铣齿采用硬质合金棒铣刀，棒铣刀以顺铣的方式对锥齿轮粗车体进行铣削加工，棒铣刀进刀路径平行于锥齿轮粗车体的面锥设置。

4.根据权利要求1所述的60°锥齿轮加工工艺，其特征在于：所述备料步骤包括将毛坯正火升温到930℃保温3小时，在空气中冷却到室温，再升温到680℃保温3小时，再在空气中冷却到室温，在毛坯的两端划钻B5中心孔，去除工件表面氧化层，得到锥齿轮粗车体。

5.根据权利要求1所述的60°锥齿轮加工工艺，其特征在于：所述热处理步骤包括将锥齿轮除齿牙外其余部分涂0.3mm厚的防渗碳层后在920~930℃保温8小时，然后空冷至400～500℃，再升温至820～830℃保温4小时后进行油淬，油温为60℃，使得齿面硬度为HRC56～60，芯部硬度为HRC30～42。

6.根据权利要求1所述的60°锥齿轮加工工艺，其特征在于：所述喷丸步骤包括用2.5mm的铁砂对锥齿轮齿面进行喷丸处理，使齿面硬度为HRC58～62。

7.根据权利要求1至6任一所述的60°锥齿轮加工工艺，其特征在于：加工齿形时采用越齿数加工。

8.根据权利要求7所述的60°锥齿轮加工工艺，其特征在于：所述探伤步骤使用的超声波频率为2.5MHz。