齒輪

齒輪加工時(shí)出現(xiàn)齒輪變形的問題

關(guān)于齒輪熱處理畸變的情況很復(fù)雜，是全部冷、熱加工工序影響因素的綜合反映。模數(shù)越大，輪齒越高也越厚，如果齒輪的齒數(shù)一定，則輪的徑向尺寸也越大。機(jī)械加工產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，熱處理過(guò)程的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力都會(huì)對(duì)變形產(chǎn)生一定的影響。而它們的影響因素較多，涉及原材料、工件結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)、整個(gè)工藝過(guò)程、技術(shù)要求、機(jī)加工方法、加工條件、熱處理工藝（加熱、冷卻）、工裝等。有時(shí)單從熱處理方面采取措施來(lái)解決齒輪的變形有一定的困難，要從冷、熱加工全過(guò)程的各種因素來(lái)考慮，具體情況具體分析，采取相應(yīng)措施，排除或減弱。

齒輪作為機(jī)械傳動(dòng)裝置中的主要零件，其應(yīng)用十分廣泛。并不是越高也好，下面我們整理了一些不同機(jī)械傳動(dòng)中齒輪加工采用的精度等級(jí)當(dāng)然，以上是常見的精度等級(jí)要求，具體還是不同檔次的機(jī)械的要求不同。塑料齒輪因其質(zhì)量輕、成本低、惰性好等優(yōu)點(diǎn)在很多領(lǐng)域已經(jīng)逐步替代了金屬齒輪。模具是影響塑料齒輪注射成形質(zhì)量的關(guān)鍵因素，如何提高模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率是齒輪模具行業(yè)面臨的關(guān)鍵共性問題。同時(shí)，由于塑料齒輪在注射成形過(guò)程中會(huì)發(fā)生收縮，如何對(duì)模具的型腔進(jìn)行修正，以保證齒輪的成形精度，更是模具設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。因此，本文對(duì)塑料齒輪注射模CAD系統(tǒng)進(jìn)行了研究與開發(fā)。本文首先分析了漸開線齒輪齒廓的形成原理及其相關(guān)特性，結(jié)合注射成形塑料制品收縮的一般規(guī)律，對(duì)塑料齒輪注射模型腔修正規(guī)則進(jìn)行了研究，提出了一種快速有效的齒輪型腔修正方法。然后本文對(duì)參數(shù)化建模技術(shù)進(jìn)行了研究，采用關(guān)系表達(dá)式法建立了漸開線直齒圓柱齒輪和漸開線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化模板，通過(guò)人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)了塑料齒輪的參數(shù)化建模，用戶只需輸入的齒輪的關(guān)鍵參數(shù)就可以自動(dòng)創(chuàng)建相應(yīng)類型的齒輪?；谏鲜龌A(chǔ)，本文在UG NX平臺(tái)上開發(fā)出一套塑料齒輪注射模CAD系統(tǒng)，包括型腔設(shè)計(jì)、模架/標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，用戶不但可以快速有序的進(jìn)行塑料齒輪注射模設(shè)計(jì)，還能自動(dòng)獲得型腔修正結(jié)果，極大的提高了模具設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，縮短了模具設(shè)計(jì)周期。

六種齒輪加工的方法

齒形有多種形式，其中以漸開線齒形為常見。漸開線齒形常用的加工方法有兩大類，即成形法和展成法。

1.銑齒

      采用盤形模數(shù)銑刀或指狀銑刀銑齒屬于成形法加工，銑刀刀齒截面形狀與齒輪齒間形狀相對(duì)應(yīng)。此種方法加工效率和加工精度均較低，僅適用于單件小批生產(chǎn)。

2.成形磨齒

      也屬于成形法加工，因砂輪不易修整，使用較少。

3.滾齒

      屬于展成法加工，其工作原理相當(dāng)于一對(duì)螺旋齒輪嚙合。齒輪滾刀的原型是一個(gè)螺旋角很大的螺旋齒輪，因齒數(shù)很少（通常齒數(shù)z = 1），牙齒很長(zhǎng)，繞在軸上形成一個(gè)螺旋升角很小的蝸桿，再經(jīng)過(guò)開槽和鏟齒，便成為了具有切削刃和后角的滾刀。

4.剃齒

      在大批量生產(chǎn)中剃齒是非淬硬齒面常用的精加工方法。其工作原理是利用剃齒刀與被加工齒輪作自由嚙合運(yùn)動(dòng)，借助于兩者之間的相對(duì)滑移，從齒面上剃下很細(xì)的切屑，以提高齒面的精度。剃齒還可形成鼓形齒，用以改善齒面接觸區(qū)位置。

5.插齒

      插齒是除滾齒以外常用的一種利用展成法的切齒工藝。插齒時(shí)，插齒刀與工件相當(dāng)于一對(duì)圓柱齒輪的嚙合。插齒刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是插齒的主運(yùn)動(dòng)，而插齒刀與工件按一定比例關(guān)系所作的圓周運(yùn)動(dòng)是插齒的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

6.展成法磨齒

      展成法磨齒的切削運(yùn)動(dòng)與滾齒相似，是一種齒形精加工方法，特別是對(duì)于淬硬齒輪，往往是的精加工方法。展成法磨齒可以采用蝸桿砂輪磨削，也可以采用錐形砂輪或碟形砂輪磨削。

齒輪加工的原理

齒輪加工的原理，常見的有兩種，仿形加工和范成（展成）加工。

       1、仿形加工：齒輪加工刀具切出齒輪的齒槽，刀具的“截面形狀”是齒輪齒槽的形狀。加工齒輪時(shí)，沒有齒輪嚙合運(yùn)動(dòng)，加工出來(lái)的齒輪精度低，一般精度在11級(jí)以下。

       2、范成加工。在齒輪加工中一共有多少等級(jí)在齒輪加工共有13個(gè)精度等級(jí)，用數(shù)字0～12由低到高的順序排列，0級(jí)高，12級(jí)低。齒輪加工刀具本身就是“齒輪或齒條”，齒輪滾刀可以“認(rèn)為”是齒條，屬于齒條類型刀具。加工時(shí)，齒輪刀具與被加工齒輪之間有“齒輪嚙合”運(yùn)動(dòng)。齒輪刀具齒廓刀刃，運(yùn)動(dòng)包絡(luò)出被加工齒輪的齒廓（齒面），是理想的漸開線，加工精度較高，常見的有，滾齒、插齒、剃齒（屬于精加工）。

    大齒輪的毛坯件主要是鍛件、棒料或鑄件，其中鍛件使用較多。不過(guò)精度越高齒輪的綜合能力都會(huì)有很大的提高，如壽命傳動(dòng)精度噪音等都能得到提高和改善。對(duì)毛坯件首先進(jìn)行正火處理，改善其切削加工型，便于切削；然后進(jìn)行粗加工，按照大齒輪設(shè)計(jì)要求，先將毛坯加工成大致形狀，保留較多余量。再進(jìn)行半精加工，車、滾、插齒，使大齒輪基本成型；之后對(duì)大齒輪進(jìn)行熱處理，改善大齒輪的力學(xué)性能，按照使用要求和所用材料的不同，有調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻感應(yīng)加熱淬火等；然后對(duì)齒輪進(jìn)行精加工，精修基準(zhǔn)、精加工齒形。

    1、正火：鍛造毛坯之后部分工廠會(huì)選擇正火，也有公司選擇退火，正火和退火的目的都是為了使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化，去除材料的內(nèi)應(yīng)力，但由于正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細(xì)一些，其機(jī)械性能也有所提高。大齒輪鑄件的缺陷例如氣孔，夾渣有時(shí)會(huì)在大齒輪產(chǎn)品的內(nèi)部，這些氣孔、夾渣我們不易發(fā)現(xiàn)，此時(shí)就要用到無(wú)損探傷，無(wú)損探傷可以發(fā)現(xiàn)這些缺陷，大型齒輪鑄件的無(wú)損探傷就顯得尤為重要。另外，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來(lái)代替退火。采用等溫正火使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

    2、粗車加工：粗加工齒輪外圓，端面，可選擇普通車床和數(shù)控車床，由于粗車之后還有對(duì)工件進(jìn)行熱處理，所以一般會(huì)留有3-5毫米的余量，方便之后的精車加工到zhi定尺寸。

    3、精車加工：精加工齒輪外圓，端面，將尺寸加工到圖紙規(guī)定的尺寸要求，如后續(xù)還需要磨削，那么需留0.2-0.3毫米的余量，以方便磨削獲得更高的精度要求。

    4、調(diào)質(zhì)熱處理：由于大齒輪的工作條件不同，熱處理出來(lái)的表面硬度也不同，但大齒輪經(jīng)過(guò)淬火后的硬度一般都在HRC45以上，例如：汽車齒輪由于受力較大,受沖擊較頻繁的原因常采用20CrMnTi鋼作為齒輪材料，20CrMnTi鋼具有較高的力學(xué)性能，經(jīng)過(guò)淬火后表面硬度可達(dá)HRC58～62,心部硬度HRC30～45，以提高耐磨性和疲勞抗力。齒輪加工如何選擇材料齒輪加工形式多種多樣，應(yīng)用領(lǐng)域也是十分廣泛，齒輪應(yīng)按照使用時(shí)的工作條件選用合適的材料。

    5、制齒：常采用插齒機(jī)或者滾齒機(jī)加工齒面，雖然調(diào)整維護(hù)方便，但如果大批量生產(chǎn)就會(huì)出現(xiàn)效率低的問題，之后隨著涂層技術(shù)的發(fā)展，滾刀、插刀刃磨后的再次涂鍍非常方便地進(jìn)行，經(jīng)過(guò)涂鍍的刀具能夠明顯地提高使用壽命，一般能提高百分之九十以上，有效地減少了換刀次數(shù)和刃磨時(shí)間，效益顯著。選擇那種齒輪傳動(dòng)要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，兩種齒輪傳動(dòng)各有利弊，但有于硬齒面?zhèn)鲃?dòng)載荷大，使用壽命長(zhǎng)，備廣泛的應(yīng)用。