CN110227914B - 一种高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属的组合加工技术领域，公开了一种高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，包括如下步骤：a.毛坯制作；b.粗车；c.调质处理；d.半精车；e.制齿；f.渗碳；g.淬火；h.精车；i.半精磨；j.制花键；k.铣；l.磨齿；m.精磨。本发明克服了现有技术中加工齿轮轴时先精磨外圆再磨齿的技术偏见，先进行磨齿加工再精磨加工轴外圆中的轴颈段，从而避免轴颈段的表面造成损伤，确保轴颈段的粗糙度和跳动误差，延长轴瓦和齿轮轴的使用寿命，节省大量的人力和物力。
Description
技术领域
本发明涉及金属的组合加工技术领域，更具体地是涉及一种高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法。
背景技术
在新能源、航空航天、国防建设、轧钢生产等领域中经常会用到齿轮箱，齿轮轴作为齿轮箱中的核心部件，其形状和结构越来越复杂。同时，为了满足使用需求，对齿轮轴的精度要求越来越高，对齿轮轴的力学和物理性能、表层结构、表面质量等的要求也越来越高。高性能齿轮轴的制造极具挑战性，是加工制造水平能力的集中体现。
现有的齿轮轴加工工艺与传统的齿轮轴加工工艺相比有了很大改进，并且采用更佳自动化、智能化的加工设备进行加工。例如名称为轻轨中间轴加工工艺（申请号为201210132930.3）的中国发明专利，名称为大功率风电机组齿轮主轴加工工艺（申请号为201310657178.9）的中国发明专利，名称为一种花键齿轮轴的加工方法（申请号为201711217621.5）的中国发明专利申请公开的都是齿轮轴加工工艺。这些齿轮轴加工工艺均是将磨齿工序安排在磨外圆工序之后，对于采用轴瓦支撑的齿轮轴，与轴瓦配合的齿轮轴的轴外圆中的轴颈段的粗糙度要求非常高，在精磨完轴颈段之后再进行磨齿，很容易损伤轴颈段的表面，使轴颈段的粗糙度和跳动误差变大，严重影响齿轮轴和轴瓦的配合稳定性，而且会导致轴瓦或齿轮轴的使用寿命缩短，需要频繁更换轴瓦或齿轮轴，对于航空航天、国防建设、轧钢生产等领域中的齿轮箱而言，更换轴瓦或齿轮轴需要花费大量的人力、物力和时间。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的不足，提供了一种高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的。
一种高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，包括如下步骤：
a.毛坯制作，采用锻造或铸造的方式制作毛坯；
b.粗车，粗车加工轴端面、轴外圆、齿顶圆、齿端面和各轴台阶面；
c.调质处理，将齿轮轴整体淬火之后进行高温回火；
d.半精车，半精车加工轴端面、轴外圆、齿顶圆、齿端面和各轴台阶面；
e.制齿，在滚齿机上滚齿加工出齿部；
f.渗碳，齿部渗碳处理；
g.淬火，齿轮轴整体淬火处理；
h.精车，精车加工轴端面、轴外圆和各轴台阶面；
i.半精磨，半精磨加工轴端面、轴外圆和各轴台阶面；
j.制花键，滚齿加工出渐开线花键，和/或滚齿或铣削加工出矩形花键；
k.铣，铣出矩形花键的导向部分；
l.磨齿，磨削加工齿部；
m.精磨，精磨加工轴外圆中的轴颈段，轴颈段的表面粗糙度要求为Ra0.2。
作为进一步改进的方案，上述的步骤a中毛坯制成后，取样做成份化验。
作为进一步改进的方案，上述的步骤f中实现齿部渗碳采用的方法是在轴端面、轴外圆和各轴台阶面处涂防渗碳涂料，然后将齿轮轴进行渗碳处理；或者是将齿轮轴整体渗碳，然后车削加工去除轴端面、轴外圆和各轴台阶面处的渗碳层。
作为进一步改进的方案，上述的步骤g中淬火后，对齿部进行抛丸处理。
作为进一步改进的方案，上述的步骤l中磨齿后，靠近齿轮轴的一端处车出外螺纹。
作为进一步改进的方案，上述的步骤l中磨齿后，在齿轮轴的一端绕着齿轮轴的轴心均匀钻出螺纹底孔并攻丝。
作为进一步改进的方案，上述的步骤b中粗车时，在齿轮轴的两端分别车出工艺用中心孔，步骤d中对工艺用中心孔半精车加工，步骤h中精车时，先修研工艺用中心孔。
作为进一步改进的方案，上述的步骤c中调质处理时加入随炉试样，调质处理后对随炉试样做一拉三冲力学性能试验。
作为进一步改进的方案，上述的步骤m精磨后，对轴外圆中的轴颈段进行滚压处理。
作为进一步改进的方案，上述的步骤b粗车后，对齿轮轴进行超声波探伤检验。
本发明与现有技术相比主要具有如下有益效果：现有技术中通常认为齿轮轴的齿面为主要工作面，所以都是先精磨外圆，然后再磨齿，而且通常是将磨齿作为最后一步工序，以避免对齿面造成损伤。但是齿轮轴的轴颈段为圆柱面，相对于齿部的形状，齿轮轴的外圆更容易产生磕碰或铁削撞击等，尤其是齿轮轴上的轴颈段，在精磨后其表面粗糙度比较高，稍有磕碰或铁削撞击就会对其表面粗糙度造成很大影响，从而降低齿轮轴和滑动轴承配合的稳定性等。申请人经过大量的生产加工及客户的使用反馈证明：先磨齿再精磨外圆，偶尔会使齿顶圆产生磕碰或铁削撞击等，而齿面则不容易造成磕碰或铁削撞击，且齿顶圆基本为非工作面或者较为次要的面，又由于齿部先经过渗碳处理具有较高的硬度，所以整体而言，先磨齿再精磨外圆对齿部的损伤或影响不大，不会影响齿部的正常使用。所以本发明克服了现有技术中加工齿轮轴时先精磨外圆再磨齿的技术偏见，先进行磨齿加工再精磨加工轴外圆中的轴颈段，从而避免轴颈段的表面造成损伤，确保轴颈段的表面粗糙度和跳动误差，延长轴瓦和齿轮轴的使用寿命，节省大量的人力和物力。
附图说明
图1为本发明实施例二中所要加工成形的齿轮轴局部剖开后的主视图。
图2为图1中的齿轮轴的上端面的示意图。
图3为图1中AA向剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
为了更简洁的说明本实施例，附图或说明中某些本领域技术人员公知的、但与本发明的主要内容不相关的零部件会有所省略。另外为便于表述，附图中某些零部件会有所省略、放大或缩小，但并不代表实际产品的尺寸或全部结构。
实施例一：
一种高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，包括如下步骤：
a.毛坯制作，采用锻造的方式制作毛坯；
b.粗车，粗车加工轴端面、轴外圆、齿顶圆、齿端面和各轴台阶面；
c.调质处理，将齿轮轴整体淬火之后进行高温回火；
d.半精车，半精车加工轴端面、轴外圆、齿顶圆、齿端面和各轴台阶面；
e.制齿，在滚齿机上滚齿加工出齿部；
f.渗碳，齿部渗碳处理；
g.淬火，齿轮轴整体淬火处理；
h.精车，精车加工轴端面、轴外圆和各轴台阶面；
i.半精磨，半精磨加工轴端面、轴外圆和各轴台阶面；
j.制花键，滚齿加工出渐开线花键和矩形花键；
k.铣，铣出矩形花键的导向部分；
l.磨齿，磨削加工齿部；
m.精磨，精磨加工轴外圆中的轴颈段，轴颈段的表面粗糙度要求为Ra0.2。
本实施例的高精度加工方法不仅仅适用于高线精轧机组的齿轮轴，也适用于其它需要高精度加工的齿轮轴，具有一定的通用性。本实施例克服了现有技术中加工齿轮轴时先精磨外圆再磨齿的技术偏见，先进行磨齿加工再精磨加工轴外圆中的轴颈段，从而避免轴颈段的表面造成损伤，确保轴颈段的表面粗糙度和跳动误差，延长轴瓦和齿轮轴的使用寿命，节省大量的人力和物力。
实施例二：
如图1、图2和图3所示，是高线精轧机组中的一个齿轮轴局部剖开后的主视图，本实施例以加工该齿轮轴为例具体说明高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，包括如下步骤：
a.毛坯制作，选用的圆钢材料为18CrNiMo7-6，采用锻造的方式制作毛坯，要求毛坯齿顶圆1处的单边留量5mm，其余单边留量为8mm；
a1.成分分析，取样做成份化验；
b.粗车，粗车加工轴端面2、轴外圆、齿顶圆1、齿端面4和各轴台阶面，并在齿轮轴的两端分别车出工艺用中心孔3，两个工艺用中心孔3按GB/T4459.5-B2.00/6.3加工，齿顶圆1处单边留量为3mm，其余单边留量为7mm，整体表面粗糙度要求为Ra6.3；
b1.超声探伤，对齿轮轴进行超声波探伤检验，超声波探伤按GB/T 6402-2008《钢锻件超声波检测方法》验收标准1级执行；
c.调质处理，将齿轮轴和随炉试样整体淬火之后进行高温回火，然后对随炉试样按照GB/T228-2002和GB/T229-2002做一拉三冲力学性能试验；
d.半精车，半精车加工轴端面2、轴外圆、齿顶圆1、齿端面4和各轴台阶面，齿端面4车削到要求尺寸并且车削出倒角，两个工艺用中心孔3按GB/T4459.5-B4.00/12.5加工，其余单边留量为6mm，整体表面粗糙度要求为Ra3.2；
e.制齿，在滚齿机上滚齿加工出齿部；
f.渗碳，齿部渗碳处理，采用的方法是齿轮轴两端的工艺用中心孔3处涂防渗碳涂料，之后将齿轮轴整体渗碳，层深要求为1.3～1.55mm，然后车削加工轴端面2、轴外圆和各轴台阶面，两个工艺用中心孔3按GB/T4459.5-CM12/28加工，轴外圆中的轴颈段9的单边留量为1.5mm，齿轮轴总长车削到要求尺寸，其余单边留量为1.0mm；其中有效渗碳深度应符合JB/T7516《齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制》的附录A的表A1中渗碳齿轮有效硬化层深度推荐值之规定，较浅有效渗碳层深度不低于AGMA标准给出的较浅有效渗碳层深度；
g.淬火，齿轮轴整体淬火处理，齿面硬度要求为HRC58-HRC62，芯部硬度要求为HRC32-HRC45；
g1.抛丸，对齿部进行抛丸处理；
h.精车，先修研两个工艺用中心孔3，并利用两个工艺用中心孔3定位，精车加工轴外圆和各轴台阶面，轴外圆中的轴颈段9的单边留量为0.5mm，其余单边留量为0.2 mm；
i.半精磨，利用两个工艺用中心孔3定位，半精磨加工轴外圆和各轴台阶面，轴外圆中的轴颈段9的单边留量为0.2mm，其余半精磨加工到要求尺寸，靠磨轴端面2；
j.制花键，滚齿加工出渐开线花键5和矩形花键6；
k.铣，铣出矩形花键6的导向部分；
l.磨齿，磨削加工齿部；
l1.车螺纹，靠近齿轮轴的一端处车出外螺纹7；
l2.钻孔攻丝，在齿轮轴的另一端绕着齿轮轴的轴心均匀钻出六个螺纹底孔并攻丝，加工出六个螺纹孔8；
m.精磨，利用两个工艺用中心孔3定位，精磨加工轴外圆中的轴颈段9到要求尺寸，要求每次磨量不超过0.05mm，轴颈段9的表面粗糙度要求为Ra0.2；
m1.滚压，对轴外圆中的轴颈段9进行滚压处理；
n.检验，检验齿部几何精度；
o.钳，齿顶沿齿宽方向倒圆R1mm，修整齿部毛刺。
其中步骤g1.抛丸可以迫使齿轮轴的表面和表层发生如下变化：1）显微组织结构发生改性；2）非均匀的塑变外表层引入残余压应力，内表层产生残余拉应力；3）外表面粗糙度发生变化。从而去除齿轮轴表面氧化皮等杂质，提高外观质量，提高齿轮轴的疲劳断裂抗力，防止疲劳失效、塑性变形和脆断，提高疲劳寿命。而步骤m1.滚压，可以使轴颈段9表面的微观不平度辗平从而实现改变表层结构和机械特性等目的，可以达到强化和光整加工两种效果，在保证轴颈段9的表面粗糙度的前提下可以满足圆柱度和跳动误差度要求。
此外，相对于实施例一，本实施例的高精度加工方法还在毛坯制成后先进行成分分析，在粗车之后先进行超声探伤。这样可以提早检验出未完成加工的齿轮轴是否存在缺陷，如果存在缺陷则进行报废处理，避免完成加工后再检验才发现缺陷而造成工艺时间和工艺成本的浪费。
实施例三：
本实施例和实施例二的不同之处在于，步骤f.渗碳，齿部渗碳处理，采用的方法是在轴端面、轴外圆、各轴台阶面和齿轮轴两端的工艺用中心孔处涂防渗碳涂料，之后将齿轮轴进行渗碳处理，层深要求为1.3～1.55mm，然后按GB/T4459.5-CM12/28加工两个工艺用中心孔，车削加工轴端面、轴外圆和各轴台阶面，轴外圆中的轴颈段的单边留量为1.5mm，齿轮轴总长车削到要求尺寸，其余单边留量为1.0mm；其中有效渗碳深度应符合JB/T7516《齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制》的附录A的表A1中渗碳齿轮有效硬化层深度推荐值之规定，较浅有效渗碳层深度不低于AGMA标准给出的较浅有效渗碳层深度。
以上仅为本发明的三个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用本发明的设计构思对本发明做出的非实质性修改，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.毛坯制作，采用锻造或铸造的方式制作毛坯；
b.粗车，粗车加工轴端面、轴外圆、齿顶圆、齿端面和各轴台阶面；
c.调质处理，将齿轮轴整体淬火之后进行高温回火；
d.半精车，半精车加工轴端面、轴外圆、齿顶圆、齿端面和各轴台阶面；
e.制齿，在滚齿机上滚齿加工出齿部；
f.渗碳，齿部渗碳处理；
g.淬火，齿轮轴整体淬火处理；
h.精车，精车加工轴端面、轴外圆和各轴台阶面；
i.半精磨，半精磨加工轴端面、轴外圆和各轴台阶面；
j.制花键，滚齿加工出渐开线花键，和/或滚齿或铣削加工出矩形花键；
k.铣，铣出矩形花键的导向部分；
l.磨齿，磨削加工齿部；
m.精磨，精磨加工轴外圆中的轴颈段，轴颈段的表面粗糙度要求为Ra0.2。
2.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤a中毛坯制成后，取样做成份化验。
3.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤f中实现齿部渗碳采用的方法是在轴端面、轴外圆和各轴台阶面处涂防渗碳涂料，然后将齿轮轴进行渗碳处理，车削加工轴端面、轴外圆和各轴台阶面；或者是将齿轮轴整体渗碳，然后车削加工去除轴端面、轴外圆和各轴台阶面处的渗碳层。
4.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤g中淬火后，对齿部进行抛丸处理。
5.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤l中磨齿后，靠近齿轮轴的一端处车出外螺纹。
6.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤l中磨齿后，在齿轮轴的一端绕着齿轮轴的轴心均匀钻出螺纹底孔并攻丝。
7.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤b中粗车时，在齿轮轴的两端分别车出工艺用中心孔，步骤d中对工艺用中心孔半精车加工，步骤h中精车时，先修研工艺用中心孔。
8.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤c中调质处理时加入随炉试样，调质处理后对随炉试样做一拉三冲力学性能试验。
9.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤m精磨后，对轴外圆中的轴颈段进行滚压处理。
10.根据权利要求1所述的高线精轧机组的齿轮轴的高精度加工方法，其特征在于，所述的步骤b粗车后，对齿轮轴进行超声波探伤检验。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Kun Inventor after: Mao Jizhe Inventor after: Jiang Chuanhai Inventor after: Zhou Changjiang Inventor after: Kang Shaobo Inventor after: Xu Jianzhong Inventor after: Zhang Hao Inventor after: Nie Xi Inventor after: Ruan Wenhao Inventor before: Zhang Kun Inventor before: Mao Jizhe Inventor before: Kang Shaobo Inventor before: Xu Jianzhong Inventor before: Zhang Hao Inventor before: Nie Xi Inventor before: Ruan Wenhao |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |