CN109176318B - 一种轮齿形工件的强化研磨加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，包括如下步骤：调整第一块V型块，使第一块V型块的中心线与水平面的夹角为A，调整第二块V型块，使轮齿形工件的旋转中心与电磁无心夹具的磁极中心成设定的偏心量e；且两块V型块的中心线的夹角B的取值范围为90°<B<165°；调整喷嘴的喷射方向，使得喷嘴的喷射方向与水平面的夹角C满足45°<C<165°，喷嘴的喷射口到轮齿形工件圆心的距离d满足R+20mm<d<R+30mm；启动电磁无心夹具，轮齿形工件转动设定时间后，使喷嘴朝向轮齿形工件；喷嘴喷射2～3min后,关闭喷嘴，停止喷射后关闭电磁无心夹具，取下轮齿形工件。本发明能对轮齿形工件的工作表面进行表面强化，表面强化更加均匀，属于轮齿形工件研磨加工的技术领域。

Description

一种轮齿形工件的强化研磨加工方法

技术领域

本发明涉及轮齿形工件研磨加工的技术领域，尤其涉及一种轮齿形工件的强化研磨加工方法。

背景技术

轮齿形工件在机械领域中用途广泛，是机械传动中的关键零件，其加工精度和表面质量直接影响传动的精度和机械的寿命。为了改善其表面质量，所以常常采用金属表面强化技术对轮齿形工件的工作表面进行强化。

一种耐磨合金钢工件表面的强化研磨方法(见专利公开号为CN103878703B的专利申请)，该方法是利用研磨料(由强化钢丸、研磨粉、研磨液组成)在高压气体的作用下随机喷射至工件表面，不但能够使材料表面获得较高的残余压应力，而且能够通过使用不同配比研磨液来实现金属材料表面的化学改性。这种方法能够很好的提高材料表面硬度，并形成有利于抗疲劳、耐磨损的加工表面油囊和纹理。但在后续的研究中，用这种方法对轮齿形工件进行表面强化处理时有如下不足：(1)在对轮齿形工件进行强化研磨加工的过程中，轮齿形工件的工作表面与喷嘴的相对位置一直处于变动状态，且不同轮齿形工件的齿形不同，很难做到强化均匀。(2)采用定心夹具对轮齿形工件进行装夹，由于主轴刚度不足、传动误差等不可避免的原因，轮齿形工件中心位置一直处波动状态，影响加工精度；并且工件的装夹与拆卸繁琐，生产效率较低。(3)现有的电磁无心夹具无法直接装夹轮齿形工件，会引起工件旋转中心的跳动，并且喷射的混合料容易掉入支撑台面中影响加工。(4)喷射方向与水平方向的夹角过大或过小，不利于工件的装夹稳定(5)喷射的钢珠在直径过大的情况下，容易损坏轮齿形工件工作表面的设计弧度。(6)在加工过程中，工件加工表面易发生氧化。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，能对轮齿形工件的工作表面进行表面强化，表面强化更加均匀。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，包括如下步骤：

第一步：将轮齿形工件放置在电磁无心夹具的支撑台面上，调整第一块V型块，使第一块V型块的中心线与水平面的夹角为A，并使第一块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R；

第二步：调整第二块V型块，使轮齿形工件的旋转中心与电磁无心夹具的磁极中心成设定的偏心量e；使第二块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R，且两块V型块的中心线的夹角B的取值范围为90°<B<165°；

第三步：调整喷嘴的喷射方向，使得喷嘴的喷射方向与水平面的夹角C满足45°<C<165°，喷嘴的喷射口到轮齿形工件圆心的距离d满足R+20mm<d<R+30mm；

第四步：启动电磁无心夹具，轮齿形工件转动设定时间后，开启喷嘴，使喷嘴朝向轮齿形工件；

第五步：喷嘴喷射2～3min后,关闭喷嘴，停止喷射后关闭电磁无心夹具，取下轮齿形工件。

进一步的是：夹角A、夹角B、夹角C满足如下关系：A+B<180°；A+B+C>180°；A+C<180°。

进一步的是：两块V型块的张角的范围为90°～180°，喷嘴所使用的高压气体为氮气，气压为0.4MPA～0.8MPA。

进一步的是：喷嘴喷射的混合料由不同直径的钢珠、研磨粉、强化研磨液混合而成，其中，钢珠为轴承钢钢珠或铸铁钢珠，硬度为55HRC～65HRC，且钢珠的最大直径不超过轮齿形工件的工作表面最小弧度曲率半径的一半；研磨粉为棕刚玉粉，粒径为80～160目；强化研磨液的成分中含有氮硼酸酯。

进一步的是：两块V型块对称设置在轮齿形工件的两侧，轮齿形工件竖直放置在支撑台面上，喷嘴的喷射方向朝向轮齿形工件的圆周侧面；V型块包括架体，转动式安装在架体上且带螺纹的调节杆，与调节杆螺纹连接的螺母，对称设置在调节杆两边的两块滑块和两根摇杆；滑块固定在架体上，摇杆和滑块移动式连接，摇杆和螺母转动式连接，摇杆与轮齿形工件的齿顶端相接触。

进一步的是：在轮齿形工件的下方设有旋转卸料机构；旋转卸料机构包括转动式安装的套筒，均匀分布在套筒圆周侧面上的多片叶片；叶片和套筒相对固定，叶片和轮齿形工件的接触线位于轮齿形工件圆周侧面的后部。

进一步的是：旋转卸料机构还包括固定安装的固定件，多个固定在固定件上的弹簧；弹簧和固定件均位于套筒的内部，多个弹簧沿着圆周方向均匀，弹簧的一端固定在固定件上，弹簧的另一端设有球体，弹簧的数量与叶片的数量一致，叶片上设有凹坑，叶片上的凹坑与套筒的内部相通，球体与凹坑相适应。

进一步的是：旋转卸料机构还包括多根固定在固定件上的套管，多根套管沿着圆周方向均匀分布，套管的数量与弹簧的数量一致，弹簧穿过套管并固定在固定件上。

进一步的是：固定件呈圆柱体，两个V型块中的两根摇杆的张角大小一致。

进一步的是：摇杆和滑块构成移动副，同一个V型块中的两根摇杆和螺母构成复合转动副，螺母和调节杆构成的螺旋副具有自锁作用。

总的说来，本发明具有如下优点：

根据不同轮齿形工件齿形的不同，喷嘴按一定规律移动，在使用该方法对轮齿形工件工作表面进行表面强化时，表面强化更加均匀；采用电磁无心夹具对轮齿形工件进行装夹，这种装夹方式，工件的定位基准为轮齿形工件的外圆周，有利于改善轮齿形工件的圆度，并且装夹与拆卸更加方便；合理选择钢珠的直径大小，避免损坏齿形；限制两V型块外侧最高点的位置，防止喷射的混合料在加工过程中掉入支撑台面上，影响加工；限制喷射角度与水平方向的夹角，使喷射产生的力始终指向两V型块之间，提高加工过程轮齿形工件的稳定性；采用的高压气体为氮气，能在加工过程中对加工表面起到保护作用。

本发明通过轮齿形工件的尺寸选择合适的两块V型块的中心线的夹角个同一个V型块中的两根摇杆的夹角，最大限度的使得轮齿形工件上下料流畅，使得喷嘴的喷射料易掉落并循环再利用，不易堆积在轮齿形工件上，两V型块可避免轮齿形工件卡死现象，实现循环周期性加工，对轮齿形工件的喷料更为均匀。

附图说明

图1是装置的主视方向的结构示意图。

图2是装置的左视方向的结构示意图，其中，虚线表示轮齿形工件和叶片旋转到某一角度的示意图。

图3是V型块的结构示意图。

图4是旋转卸料机构的结构示意图。

图5是套筒处的放大图。

图6是装置的主视方向的简略示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为支撑台面，2为轮齿形工件，3为V型块，4为旋转卸料机构，5为喷嘴，6为螺母，7为摇杆，8为滑块，9为架体，10为调节杆，11为叶片，12为套筒，13为弹簧，14为套管，15为固定件，16为凹坑。

为叙述方便，现对下文所说的方位说明如下：下文所说的上下左右方向与图1本身的上下左右方向一致，下文所说的前后方向与图2的左右方向一致。

实施例1

结合图6所示，一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，包括如下步骤：

第一步：将轮齿形工件放置在电磁无心夹具的支撑台面上，调整第一块V型块，使第一块V型块的中心线与水平面的夹角为A，并使第一块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R，即右侧V型块的右上角到轮齿形工件的竖直中心线的距离L<轮齿形工件的半径R。夹角A范围为-15°<A<-45°。

结合图6所示，V型块是对称结构的，正视轮齿形工件(从前视方向上看)，V型块的中心线即V型块的对称中心线。第一块V型块为右侧的V型块的话，右侧V型块的右上角是V型块的最高点，正视轮齿形工件(从前视方向上看)，轮齿形工件的中心铅垂线即轮齿形工件的竖直中心线。

第二步：调整第二块V型块，使轮齿形工件的旋转中心与电磁无心夹具的磁极中心成设定的偏心量e；使第二块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R，即左侧V型块的左上角到轮齿形工件的竖直中心线的距离L<轮齿形工件的半径R。且两块V型块的中心线的夹角B的取值范围为90°<B<165°。两块V型块是对称设置在轮齿形工件的两边的。

结合图6所示，轮齿形工件的旋转中心就是轮齿形工件的中心，电磁无心夹具具有一个磁极中心。左侧V型块的左上角是第二块V型块的最高点。

第三步：调整喷嘴的喷射方向，使得喷嘴的喷射方向与水平面的夹角C满足45°<C<165°，喷嘴的喷射口到轮齿形工件圆心的距离d满足R+20mm<d<R+30mm，R是轮齿形工件的半径。

第四步：启动电磁无心夹具，轮齿形工件转动设定时间后(转动平稳后)，开启喷嘴，使喷嘴朝向轮齿形工件，喷嘴将混合料喷向轮齿形工件。

第五步：喷嘴喷射2～3min后,关闭喷嘴，停止喷射后关闭电磁无心夹具，取下轮齿形工件。

夹角A、夹角B、夹角C满足如下关系：A+B<180°；A+B+C>180°；A+C<180°。

两块V型块的张角的范围为90°～180°，喷嘴所使用的高压气体为氮气，气压为0.4MPA～0.8MPA。

喷嘴喷射的混合料由不同直径的钢珠、研磨粉、强化研磨液混合而成，其中，钢珠为轴承钢钢珠或铸铁钢珠，硬度为55HRC～65HRC，且钢珠的最大直径不超过轮齿形工件的工作表面最小弧度曲率半径的一半，轮齿形工件的工作表面即是轮齿形工件的咬合面。研磨粉为棕刚玉粉，粒径为80～160目；强化研磨液的成分中含有氮硼酸酯。在加工过程中，喷嘴根据轮齿形工件的不同齿形按不同规律移动，使轮齿形工件形成的强化层均匀。

下面以一个具体的加工实例进行说明：

如图6所示，待加工的轮齿形工件为摆线针轮，一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，具体加工步骤为：

第一步：将轮齿形工件放置在电磁无心夹具的支撑台面上，调整第一块V型块，使第一块V型块的中心线与水平面的夹角A为45°，并使第一块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R；

第二步：调整第二块V型块，使轮齿形工件的旋转中心与电磁无心夹具的磁极中心成设定的偏心量e；使第二块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R，且两块V型块的中心线的夹角B为90°；

第三步：调整喷嘴的喷射方向，使得喷嘴的喷射方向与水平面的夹角C为60°，喷嘴的喷射口到轮齿形工件圆心的距离d为R+25mm。

第四步：启动电磁无心夹具，轮齿形工件转动平稳后，开启喷嘴，使喷嘴朝向轮齿形工件；

第五步：喷嘴喷射3min后,关闭喷嘴，停止喷射后关闭电磁无心夹具，取下轮齿形工件。

喷嘴所使用的高压气体为氮气。V型块的张角为120°。混合料为不同直径的钢珠、研磨粉、强化研磨液混合而成。其中，钢珠为直径1～3mm的轴承钢钢珠，硬度为60HRC；研磨粉为平均粒径为100目的棕刚玉粉；强化研磨液的主要成分为含氮硼酸酯。

结合图1、图2所示，上述所述的一种轮齿形工件的强化研磨加工方法会使用到一种装置，该装置包括电磁无心夹具、喷嘴、对称设置在轮齿形工件两侧的两块V型块。两块左右对称的V型块中，其中一块V型块设置在轮齿形工件的左边，另一块V型块设置在轮齿形工件的右边。电磁无心夹具上设有支撑台面，轮齿形工件放置在支撑台面上，轮齿形工件是竖直放置的，轮齿形工件的轴线是水平的，平面支撑座是一个竖直的平面，喷嘴的喷射方向朝向轮齿形工件的圆周侧面，即喷嘴朝着轮齿形工件的圆周侧面喷射。结合图1、图3所示，V型块包括架体，转动式安装在架体上且带螺纹的调节杆，与调节杆螺纹连接的螺母，对称设置在调节杆两边的两块滑块和两根摇杆。调节杆可以相对架体转动，且调节杆上具有螺纹。滑块固定在架体上，两块滑块对称分布在调节杆的两边，两根摇杆对称分布在调节杆的两边，摇杆和滑块移动式连接，摇杆和滑块可以相对移动，一块滑块和一根摇杆构成移动副。摇杆和螺母转动式连接，摇杆可以相对螺母转动，摇杆与轮齿形工件的齿顶端相接触，即摇杆顶着轮齿形工件。电磁无心夹具图中未画出。

结合图2、图4、图5所示，该装置还包括旋转卸料机构；旋转卸料机构包括转动式安装的套筒，均匀分布在套筒圆周侧面上的多片叶片。套筒可以转动式安装在其它部件上，叶片和套筒相对固定，叶片可以和套筒是一体成型的，相邻两片叶片的距离应当合适，可以支撑住轮齿形工件。有四片叶片，叶片和轮齿形工件的接触线位于轮齿形工件圆周侧面的后部，即随着叶片的旋转，某一叶片会碰触到轮齿形工件，该接触线位于轮齿形工件圆周侧面的后部，这样随着叶片的继续旋转，轮齿形工件由于重力的作用，轮齿形工件会朝向叶片的旋转方向倾倒，从而相邻的两片叶片会托住轮齿形工件。接触线在超过工件厚度1/2处，保证卸料倾倒方向为套筒这一侧。

结合图4、图5所示，旋转卸料机构还包括固定安装的固定件，多个固定在固定件上的弹簧。弹簧和固定件均位于套筒的内部，套筒是中空的，弹簧有四个，多个弹簧沿着圆周方向均匀，弹簧的一端固定在固定件上，弹簧的另一端设有球体，弹簧的数量与叶片的数量一致，每一片叶片上设有一个凹坑，叶片上的凹坑与套筒的内部相通，球体与凹坑相适应，凹坑可以用来容纳球体。固定件呈圆柱体，固定件可以固定在其它部件上，固定件是固定不动的，当叶片旋转90°后，弹簧将球体顶入叶片的凹坑内，从而实现叶片的自锁效果，然后稍微用大一点的力又可以旋转叶片了，叶片旋转到下一个90°后，弹簧又将球体顶入叶片的凹坑内，从而又实现叶片的自锁效果。叶片处于90°的位置时，叶片是不会碰触到轮齿形工件的，只是叶片在某个90°的位置旋转到下一个90°的位置的过程中，叶片会碰触到轮齿形工件，并将轮齿形工件托住。旋转卸料机构的自锁效果可以保证轮齿形工件加工时不受叶片的影响，叶片为弧面设计，保证卸料时轮齿形工件与叶片为线接触，叶片接触边缘镶嵌有橡胶，保证卸料时不打滑不划伤工件。

旋转卸料机构还包括多根固定在固定件上的套管，多根套管沿着圆周方向均匀分布，套管的数量与弹簧的数量一致，弹簧穿过套管并固定在固定件上，套管的数量有四根，一根套管用来套住一个弹簧，从而使得弹簧的弹性变形都限制在套管内。

摇杆和滑块构成移动副，同一个V型块中的两根摇杆和螺母构成复合转动副，螺母和调节杆构成的螺旋副具有自锁作用，螺旋副有自锁作用，保证调节杆可以在极限位置范围内的任意长度固定住。

两个V型块中的两根摇杆的张角大小一致。

装置的工作原理：电磁无心夹具为现有技术，电磁无心夹具具有一个磁极中心，轮齿形工件具有一个工件中心，工件中心就是轮齿形工件的中心，由于理论上，工件中心和磁极中心是不可能重合在一起的，而电磁无心夹具可以驱动轮齿形工件以磁极中心为圆心做偏心旋转，即轮齿形工件具有两个旋转，一个是轮齿形工件以磁极中心为圆心进行公转，一个是轮齿形工件以自身的工件中心为圆心进行自转。将轮齿形工件放置在支撑台面后，电磁无心夹具可以对轮齿形工件进行轴向定位，则轮齿形工件不能在轴向方向上移动，然后两块V型块夹紧轮齿形工件，两块V型块可以对轮齿形工件进行径向定位，这样轮齿形工件在径向方向上也不能移动了，即两块V型块消除了轮齿形工件的公转，使得轮齿形工件只具有自转。V型块中两摇杆的张角(即V型块的张角)结合工件的大小进行计算调整，两块V型块的中心线的夹角B根据几何关系确定安装。喷嘴具有确定的夹角，方便计算加工喷射角度。

实施例2

除以下技术特征外，其余未提交的技术特征同实施例1。

本实施例与实施例1的区别在于具体的加工实例的数值不一样。

如图6所示，待加工的轮齿形工件为斜齿轮或人字齿轮。

一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，具体加工步骤为：

第一步：将轮齿形工件放置在电磁无心夹具的支撑台面上，调整第一块V型块，使第一块V型块的中心线与水平面的夹角A为35°，并使第一块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R；

第二步：调整第二块V型块，使轮齿形工件的旋转中心与电磁无心夹具的磁极中心成设定的偏心量e；使第二块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R，且两块V型块的中心线的夹角B为110°；

第三步：调整喷嘴的喷射方向，使得喷嘴的喷射方向与水平面的夹角C为30°，喷嘴的喷射口到轮齿形工件圆心的距离d为R+25mm。

第四步：启动电磁无心夹具，轮齿形工件转动平稳后，开启喷嘴，使喷嘴朝向轮齿形工件；

第五步：喷嘴喷射3min后,关闭喷嘴，停止喷射后关闭电磁无心夹具，取下轮齿形工件。

喷嘴所使用的高压气体为氮气。V型块的张角为160°。混合料为不同直径的钢珠、研磨粉、强化研磨液混合而成。其中，钢珠为直径1～2mm的轴承钢钢珠，硬度为60HRC；研磨粉为平均粒径为100目的棕刚玉粉；强化研磨液的主要成分为含氮硼酸酯。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：将轮齿形工件放置在电磁无心夹具的支撑台面上，调整第一块V型块，使第一块V型块的中心线与水平面的夹角为A，并使第一块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R；

第二步：调整第二块V型块，使轮齿形工件的旋转中心与电磁无心夹具的磁极中心成设定的偏心量e；使第二块V型块的最高点与轮齿形工件的中心铅垂线的垂直距离小于轮齿形工件的半径R，且两块V型块的中心线的夹角B的取值范围为90°<B<165°；

第三步：调整喷嘴的喷射方向，使得喷嘴的喷射方向与水平面的夹角C满足45°<C<165°，喷嘴的喷射口到轮齿形工件圆心的距离d满足R+20mm<d<R+30mm；

第四步：启动电磁无心夹具，轮齿形工件转动设定时间后，开启喷嘴，使喷嘴朝向轮齿形工件；

第五步：喷嘴喷射2～3min后,关闭喷嘴，停止喷射后关闭电磁无心夹具，取下轮齿形工件；

两块V型块对称设置在轮齿形工件的两侧，轮齿形工件竖直放置在支撑台面上，喷嘴的喷射方向朝向轮齿形工件的圆周侧面；V型块包括架体，转动式安装在架体上且带螺纹的调节杆，与调节杆螺纹连接的螺母，对称设置在调节杆两边的两块滑块和两根摇杆；滑块固定在架体上，摇杆和滑块移动式连接，摇杆和螺母转动式连接，摇杆与轮齿形工件的齿顶端相接触；

摇杆和滑块构成移动副，同一个V型块中的两根摇杆和螺母构成复合转动副，螺母和调节杆构成的螺旋副具有自锁作用；

在轮齿形工件的下方设有旋转卸料机构；旋转卸料机构包括转动式安装的套筒，均匀分布在套筒圆周侧面上的多片叶片；叶片和套筒相对固定，叶片和轮齿形工件的接触线位于轮齿形工件圆周侧面的后部；

旋转卸料机构还包括固定安装的固定件，多个固定在固定件上的弹簧；弹簧和固定件均位于套筒的内部，多个弹簧沿着圆周方向均匀，弹簧的一端固定在固定件上，弹簧的另一端设有球体，弹簧的数量与叶片的数量一致，叶片上设有凹坑，叶片上的凹坑与套筒的内部相通，球体与凹坑相适应；

夹角A、夹角B、夹角C满足如下关系：A+B<180°；A+B+C>180°；A+C<180°；

固定件呈圆柱体，两个V型块中的两根摇杆的张角大小一致。

2.按照权利要求1所述的一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，其特征在于：两块V型块的张角的范围为90°～180°，喷嘴所使用的高压气体为氮气，气压为0.4MPA～0.8MPA。

3.按照权利要求1所述的一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，其特征在于：喷嘴喷射的混合料由不同直径的钢珠、研磨粉、强化研磨液混合而成，其中，钢珠为轴承钢钢珠或铸铁钢珠，硬度为55HRC～65HRC，且钢珠的最大直径不超过轮齿形工件的工作表面最小弧度曲率半径的一半；研磨粉为棕刚玉粉，粒径为80～160目；强化研磨液的成分中含有氮硼酸酯。

4.按照权利要求1所述的一种轮齿形工件的强化研磨加工方法，其特征在于：旋转卸料机构还包括多根固定在固定件上的套管，多根套管沿着圆周方向均匀分布，套管的数量与弹簧的数量一致，弹簧穿过套管并固定在固定件上。

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