CN112658626B - 一种提高效率的齿轮加工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种提高效率的齿轮加工工艺，其主要包括以下步骤：步骤S1：车削，对毛坯进行车削；步骤S2：齿加工，利用滚齿机或者插齿机对工件进行切削；步骤S3：热处理，对齿轮的轮齿进行淬火，感应线圈同轴套设于齿轮，感应线圈内通过高频交流电，所述齿轮的齿槽内淬火辅助工具，所述淬火辅助工具包括多个位于所述齿轮齿槽内的导电插块，所述导电插块与相邻两个轮齿电连接，所述导电插块的电阻率小于所述齿轮的电阻率；步骤S4：磨削，对齿轮端面和内孔进行磨削；步骤S5：开键槽，对齿轮内圈进行加工成型键槽；步骤S6：磨齿，对于齿轮轮齿进行磨削。本申请具有提升齿轮加工效率的效果。

Description

一种提高效率的齿轮加工工艺

技术领域

本申请涉及齿轮加工工艺的领域，尤其是涉及一种提高效率的齿轮加工工艺。

背景技术

齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢，从而确保齿轮具有足够的强度，承受连续啮合过程承受的应力。因为齿轮啮合过程中，两个齿轮之间会产生大量的摩擦，所以为了提升齿轮的使用寿命，其表面会采用增加齿轮表面耐磨性的工艺。

目前公开号为CN104120219A的中国发明专利申请公开了一种齿轮生产工艺，包括顺序进行的棒材切料、切削加工、热处理、精切削和磨削加工，所述棒材的材质为20CrMnTiH。其热处理为加热至830-920℃进行渗碳处理，且渗碳处理中以上温度保持时间不少于3h；渗碳处理后进行缓慢冷却；毛坯缓慢冷却到不高于550℃时进行第二次加热并保温不少于2h后淬火，淬火中加热方式采用高频加热，采用线圈同轴套设于齿轮，其中第二次加热为将毛坯加热至840-870℃；对淬火后的毛坯第三次加热至170-200℃并保温不少于3h进行回火。

针对上述中的相关技术，发明人认为：高频加热时，在集肤效应下齿轮中涡电流会沿着齿圈的外圈流动，而齿轮边缘处因齿槽的存在而呈锯齿状，所以涡电流会在齿槽底部集中，导致齿槽底部的温度上升速度较快。但是合格的齿轮啮合时，齿顶和齿槽不会产生接触，所以这个部分不会产生磨损，齿槽底部不需要进行表面淬火。对于不需要淬火的表面进行加热，导致齿轮齿部的加热效率收到影响。综上上述技术方案存在因为加热位置不集中于齿部而影响齿轮齿部的加热效率的缺陷。

发明内容

为了缓解因为加热位置不集中于齿部而影响齿轮齿部的加热效率的缺陷，本申请提供一种提高效率的齿轮加工工艺。

本申请提供的一种提高效率的齿轮加工工艺，采用如下的技术方案：

一种提高效率的齿轮加工工艺，主要包括以下步骤：步骤S1：车削，对毛坯进行车削；步骤S2：齿加工，利用滚齿机或者插齿机对工件进行切削；步骤S3：热处理，对齿轮的轮齿进行淬火，感应线圈同轴套设于齿轮，感应线圈内通过高频交流电，所述齿轮安装有淬火辅助工具，所述淬火辅助工具包括多个位于所述齿轮齿槽内的导电插块，所述导电插块与相邻两个轮齿电连接，所述导电插块的电阻率小于所述齿轮的电阻率；步骤S4：磨削，对齿轮端面和内孔进行磨削；步骤S5：开键槽，对齿轮内圈进行加工成型键槽；步骤S6：磨齿，对于齿轮轮齿进行磨削。

通过采用上述技术方案，在步骤S3中，高频加热时，集肤效应下齿轮中涡电流会沿着齿圈的外圈流动，因为齿槽内设置有导电插块，从而使两个相邻两个轮齿电连接。涡电流通过导电插块在轮齿之间流动，减少涡电流在齿槽底部的位置，降低感应线圈加热齿轮时齿槽底部的位置的温度。同时导电插块的电阻率低，其电阻较低，所以导电插块内的电流较小，其产生的热量也较小。通过能量守恒定理，感应线圈产生的热量更加集中于轮齿，提升了感应线圈对于轮齿加热的效率。再者齿槽底部未进行淬火，其表面硬度较低而韧性高，当齿轮啮合传递动力时，齿槽底部位置为应力集中点，所以韧性高更加更能够吸收应力，减少因应力集中而导致齿根开裂的情况。

可选的，于步骤S1前对毛坯进行正火。

通过采用上述技术方案，利用改善切削性能，减少切削时对刀具的损伤，提升切削效率。同时还能减小毛坯锻造过程产生的内应力，减小后续热处理时的热变形。

可选的，所述导电插块靠近轮齿的侧壁与轮齿侧壁的形状相同，所述导电插块侧壁与轮齿侧壁贴合。

通过采用上述技术方案，提升导电插块和轮齿接触面积，提升两者之间的导电性能，减小两者接触位置的电阻。

可选的，所述导电插块靠近齿槽底部的侧壁形状与齿槽底壁形状相同，所述导电插块靠近齿槽底部的侧壁与齿槽底壁贴合。

通过采用上述技术方案，减小导电插块与齿槽底部的间隙，进一步减少在齿槽底部聚集的电流，减低齿槽底壁的温度。

可选的，所述导电插块靠近齿槽底部的侧壁与其背离齿槽的侧壁之间的间距为导电插块的径向宽度，所述导电插块的径向宽度小于所述齿轮的齿高。

通过采用上述技术方案，使电流会沿着轮齿侧壁流动，然后在流入导电插块中，使轮齿的啮合面能被快速加热，提升加热效率。

可选的，所述导电插块沿着齿轮轴向两端的侧壁之间的间距为导电插块的厚度，所述导电插块的厚度大于或等于齿轮轮齿的轴向厚度。

通过采用上述技术方案，提升导电插块的电流截面，进一步减低导电插块的电阻，从而减小导电插块内的电流，减低导电插块的温度，减少能量的消耗。

可选的，所述淬火辅助工具还包括支撑盘和支撑杆，每个所述导电插块均固定连接有所述支撑杆，所述支撑杆均与支撑盘同轴固定连接，所述支撑杆为陶瓷材质制成。

通过采用上述技术方案，利用支撑盘和支撑杆将导电插块更加紧密的抵触于齿轮，减少导电插块脱离的几率。

可选的，于步骤S3中，对齿轮淬火之后对齿轮进行回火。

通过采用上述技术方案，释放齿轮中因淬火产生内应力，提升齿轮的韧性。

可选的，于步骤S3中，对齿轮淬火之后对齿轮进行抛丸。

通过采用上述技术方案，释放齿轮中因淬火产生内应力，去除齿轮因淬火而产生的氧化皮。

可选的，于步骤S5中，利用线切割机切割键槽。

通过采用上述技术方案，利用线切割加工键槽，提高加工精度，降低加工温度，缓解因为高温而导致齿轮内圈变形。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在淬火加热步骤中，利用淬火辅助工具辅助引导齿轮内涡电流的流向，缓解涡电流在齿槽底部的位置集中的现象，降低感应线圈加热齿轮时齿槽底部的位置的温度，同时导电插块的电阻率低，其电阻较低，所以导电插块内的电流较小，其产生的热量也较小。使感应线圈产生的热量更加集中于轮齿，提升了感应线圈对于轮齿加热的效率。

2.齿槽底部温度较低，无法达到淬火温度，齿槽底部表面硬度较低而韧性高，当齿轮啮合传递动力时，齿槽底部位置为应力集中点，所以韧性高更加更能够吸收应力，减少因应力集中而导致齿根开裂的情况。

3.利用回火和抛丸释放齿轮中因淬火产生内应力，提升齿轮的韧性。

具体实施方式

本申请实施例公开一种提高效率的齿轮加工工艺。该齿轮加工工艺主要包括以下步骤：

步骤S1：车削。选取毛坯锻件，对毛坯锻件进行正火。然后对毛坯的端面、侧壁和内壁进行车削。车削包括粗车和精车。精车需要留下后续磨削的加工余量。切削前的正火能改善工件的切削性能，减少切削时对刀具的损伤，提升切削效率。同时还能减小毛坯锻造过程产生的内应力，减小后续热处理时的热变形。

步骤S2：齿加工。利用插齿机或者滚齿机对于工件的齿部进行切削，在该位置切削出齿槽，从而使轮齿成型。轮齿的侧壁和齿顶均需要为后续磨削的留加工余量。

步骤S3：热处理。热处理依次包括淬火和回火。淬火能提升齿轮的硬度，具有较强的耐磨性。齿轮啮合时，轮齿侧壁会发生大量的摩擦，为了提升齿轮的耐磨性会对轮齿侧壁进行表面淬火。淬火完成之后再对齿轮进行回火。回火能释放齿轮中因淬火产生内应力，提升齿轮的韧性。

淬火时，利用感应线圈对于齿轮进行加热。感应线圈同轴套设于齿轮，感应线圈内通过高频交流电。在集肤效应下齿轮中涡电流会集中于齿轮的外圈，从而加热的位置集中于齿轮的轮齿，提升加热效率，降低加热能耗。但是齿轮边缘处因齿槽的存在而呈锯齿状，涡电流会在齿槽底部集中，导致齿槽底部的温度上升速度较快。但是合格的齿轮啮合时，齿顶和齿槽不会产生接触，这个部分一般不会产生磨损，齿槽底部不需要进行表面淬火。对于不需要淬火的表面进行加热，导致齿轮齿部的加热效率收到影响。

为了缓解上述技术问题，在加热时，齿轮安装有淬火辅助工具。淬火辅助工具包括导电插块、支撑盘和支撑杆。支撑杆有多个，其数量与齿轮的齿槽数量相同。支撑杆的一端均固定连接于支撑盘，其另一端向背离支撑盘的方向延伸。支撑杆背离支撑盘的一端均固定连接有上述导电插块。支撑杆为陶瓷材质支撑，具有较好的绝缘性和耐高温性能。

当淬火辅助工具安装于齿轮时，支撑盘与齿轮同轴设置，导电插块置于齿槽内，并且导电插块与相邻两个轮齿电连接。导电插块靠近轮齿的侧壁与轮齿侧壁的形状相同，导电插块侧壁与轮齿侧壁贴合。导电插块靠近齿槽底部的侧壁形状与齿槽底壁形状相同，导电插块靠近齿槽底部的侧壁与齿槽底壁贴合。导电插块的径向宽度小于齿轮的齿高。导电插块的径向宽度为导电插块靠近齿槽底部的侧壁与其背离齿槽的侧壁之间的间距。

高频加热时，集肤效应下齿轮中涡电流会沿着齿圈的外圈流动，因为齿槽内设置有导电插块，从而使两个相邻两个轮齿电连接。涡电流通过导电插块在轮齿之间流动，减少涡电流在齿槽底部的位置，降低感应线圈加热齿轮时齿槽底部的位置的温度，通过能量守恒定理，感应线圈产生的热量更加集中于轮齿，提升了感应线圈对于轮齿加热的效率。

导电插块电阻率小于齿轮的电阻率，本申请实例中导电插块为铜块，同时导电插块沿着齿轮轴向两端的侧壁之间的间距为导电插块的厚度，导电插块的厚度大于或等于齿轮轮齿的轴向厚度。所以导电插块的电阻相较于齿轮电阻更小，导电插块内的电流较小，其产生的热量也较小，减少能量的消耗。再者齿槽底部未进行淬火，其表面硬度较低而韧性高，当齿轮啮合传递动力时，齿槽底部位置为应力集中点，所以韧性高更加能够吸收应力，减少因应力集中而导致齿根开裂的情况。

回火完成之后再对齿轮进行抛丸处理，进一步释放齿轮中因淬火产生内应力，同时去除齿轮因淬火而产生的氧化皮。

步骤S4：磨削，对齿轮端面和内孔进行磨削，去除齿轮抛丸后留下的痕迹，并且进一步提升齿轮的尺寸精度。

步骤S5：开键槽，对齿轮内圈进行加工成型键槽，利用线切割机切割键槽，提高加工精度，降低加工温度，缓解因为高温而导致齿轮内圈变形。

步骤S6：磨齿，对于齿轮轮齿进行磨削，进一步提升齿轮精度。

本申请实施例一种提高效率的齿轮加工工艺的实施原理为：在淬火加热步骤中，利用淬火辅助工具辅助引导齿轮内涡电流的流向，缓解涡电流在齿槽底部的位置集中的现象，降低感应线圈加热齿轮时齿槽底部的位置的温度，同时导电插块的电阻率低，其电阻较低，所以导电插块内的电流较小，其产生的热量也较小。使感应线圈产生的热量更加集中于轮齿，提升了感应线圈对于轮齿加热的效率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高效率的齿轮加工工艺，其特征在于：主要包括以下步骤：

步骤S1：车削，对毛坯进行车削；步骤S2：齿加工，利用滚齿机或者插齿机对工件进行切削；步骤S3：热处理，对齿轮的轮齿进行淬火，感应线圈同轴套设于齿轮，感应线圈内通过高频交流电，所述齿轮安装有淬火辅助工具，所述淬火辅助工具包括多个位于所述齿轮齿槽内的导电插块，所述导电插块与相邻两个齿轮电连接，所述导电插块的电阻率小于所述齿轮的电阻率；所述导电插块靠近轮齿的侧壁与轮齿侧壁的形状相同，所述导电插块侧壁与轮齿侧壁贴合；所述导电插块靠近齿槽底部的侧壁形状与齿槽底壁形状相同，所述导电插块靠近齿槽底部的侧壁与齿槽底壁贴合；所述导电插块靠近齿槽底部的侧壁与其背离齿槽的侧壁之间的间距为导电插块的径向宽度，所述导电插块的径向宽度小于所述齿轮的齿高；所述导电插块沿着齿轮轴向两端的侧壁之间的间距为导电插块的厚度，所述导电插块的厚度大于或等于齿轮轮齿的轴向厚度；步骤S4：磨削，对齿轮端面和内孔进行磨削；步骤S5：开键槽，对齿轮内圈进行加工成型键槽；步骤S6：磨齿，对于齿轮轮齿进行磨削。

2.根据权利要求1所述的一种提高效率的齿轮加工工艺，其特征在于：于步骤S1前对毛坯进行正火。

3.根据权利要求1所述的一种提高效率的齿轮加工工艺，其特征在于：所述淬火辅助工具还包括支撑盘和支撑杆，每个所述导电插块均固定连接有所述支撑杆，所述支撑杆均与支撑盘同轴固定连接，所述支撑杆为陶瓷材质制成。

4.根据权利要求1所述的一种提高效率的齿轮加工工艺，其特征在于：于步骤S3中，对齿轮淬火之后对齿轮进行回火。

5.根据权利要求1所述的一种提高效率的齿轮加工工艺，其特征在于：于步骤S3中，对齿轮淬火之后对齿轮进行抛丸。

6.根据权利要求3所述的一种提高效率的齿轮加工工艺，其特征在于：于步骤S5中，利用线切割机切割键槽。