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工程機械的齒輪軸加工工藝探究論文
摘要：在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的當下，擴大了基礎建設規模，也隨之提高了工程機械的需求量。在工程機械中，齒輪軸是支撐式回轉零件，有著(zhù)非常重要的作用，能夠達到齒輪和其他零件的回轉，同時(shí)也能夠在較長(cháng)距離上傳遞動(dòng)力與力矩，其主要優(yōu)點(diǎn)是結構緊湊、有較長(cháng)的使用壽命和較高的傳動(dòng)效率，廣泛應用于工程機械中，在很大程度上關(guān)系著(zhù)工程機械的正產(chǎn)運行。本文主要針對工程機械中齒輪軸的具體加工工藝進(jìn)行了分析研究。
關(guān)鍵詞：工程機械；齒輪軸；加工工藝
在我國當前提高工程機械需要量的情況下，必須重視工程機械中齒輪軸的加工工藝。通過(guò)研究其加工工藝，再實(shí)踐對其進(jìn)行完善和優(yōu)化，從而提高齒輪軸的使用壽命，更好地建設基礎設施。齒輪軸的加工工藝主要涉及選擇何種制作材料、滾齒的工藝參數、安裝工裝夾具、熱處理方式等等，通過(guò)探究具體的加工工藝為改良提供技術(shù)支持。
1齒輪軸的零件結構
為了更好地分析齒輪軸的加工工藝，以某種裝載機輸入性齒輪軸為例進(jìn)行分析。這種齒輪軸是階梯軸類(lèi)型的零件，如圖1所示，由不同形式幾何實(shí)體與幾何表面組成，包括了齒輪、環(huán)槽、凹槽、軸肩、圓弧面、圓柱面、花鍵等。齒輪軸精度的要求較高，加工輸入式齒輪有比較大的難度，必須正確選擇與分析加工齒輪時(shí)的一些問(wèn)題，比如齒形加工、熱處理、基準、材料選擇等等，從而保證齒輪軸批量加工的質(zhì)量和數量都達到要求。比如一種經(jīng)典的齒輪軸即輸入齒輪軸，大多數的輸入齒輪軸外圓的表面尺寸要達到IT6~8級的精度，其表面的粗糙度應該在Ra1.6到6.3之間，其位置精度一般是尺寸精度的三分之一到五分之一之間，齒輪精度等級是八級。
2齒輪軸的具體加工工藝
2.1選擇齒輪軸制作材料
應用在傳動(dòng)機械里的齒輪軸，一般情況下使用的制作材料是較為優(yōu)質(zhì)的碳素鋼，使用型號是45鋼、20CrMnTi和40Cr型合金鋼[1]。通常選擇齒輪軸制作材料的要求是價(jià)格適宜，具有較好的耐磨性能，并且能夠達到材料對強度的要求。
2.2加工齒輪軸毛坯
因為對齒輪軸有比較高的強度要求，為此在機械加工中直接使用圓鋼，會(huì )消耗比較大的勞動(dòng)量與材料，因此一般坯料使用的是鍛件。如果加工的齒輪軸尺寸比較大，自由鍛是比較好的選擇；如果齒輪軸尺寸是中小型的，模鍛件是比較好的選擇；而較小尺寸的齒輪有時(shí)會(huì )和軸一塊被制作成整體的毛坯。在制造毛坯時(shí)，假如鍛件毛坯是自由鍛件，加工標準是GB/T15826;如果毛坯是模鍛件，那么在加工機械余量時(shí)遵循的系統標準為GB/T12362。在加工齒輪毛坯時(shí)要注意，鍛件的坯料不能出現鍛造缺陷，比如裂紋、龜裂、不均勻的晶粒等，依據國家評價(jià)鍛件的有關(guān)標準實(shí)施檢測。
2.3預備熱處理坯料和粗車(chē)
齒輪軸所用坯料大部分是優(yōu)質(zhì)的合金鋼與碳素結構鋼，為使材料硬度得到有效增加，方便后期加工處理，進(jìn)行的熱處理方式是正火熱處理，也就是采用的正火工藝，其溫度達到960攝氏度，空冷，其硬度值在HB170到207之間。采用正火熱處理的優(yōu)點(diǎn)是一方面能夠將鍛件的晶粒細化，晶體組織達到均勻狀態(tài)，另一方面是能夠將鍛造應力效果有效消除掉，方便之后的熱處理。粗車(chē)工藝目的是為了將坯體表面加工余量切削掉，零件訂為所選擇的基準決定了坯體表面加工順序。同時(shí)訂為基準還會(huì )影響到齒輪軸零件自身特征、齒輪軸各個(gè)表面精度要求，齒輪軸零件的定位基準一般是軸線(xiàn)，如此既能夠達到統一的基準，也能夠重合設計的基準。在實(shí)際生產(chǎn)里，定位的粗基準是外圓，定位的精基準是齒輪軸兩端上的頂尖孔，需要控制誤差在尺寸誤差五分之一到三分之一之間。在對毛坯進(jìn)行過(guò)預備熱處理之后，實(shí)施車(chē)削或者是銑削兩端面（依據畫(huà)線(xiàn)進(jìn)行找正），并且要將兩端的中心孔鉆出，之后可以實(shí)施粗車(chē)外圓。
2.4精加工外圓
精車(chē)加工工藝流程是將齒輪軸位于兩端的頂尖孔作為基準，實(shí)施外圓精車(chē)加工。實(shí)際生產(chǎn)中，一般都是批量加工齒輪軸，為了使加工齒輪軸的質(zhì)量和效率得到有效提升，一般使用的方式是數控車(chē)削。利用這種方式是通過(guò)程序對所有齒輪軸加工質(zhì)量進(jìn)行控制，也能夠確保批量加工效率。零件在精車(chē)后能夠依據所工作的環(huán)境和對其的技術(shù)要求選擇要不要實(shí)施調質(zhì)處理，如此能夠為之后的表面滲氮處理與表面淬火打下良好基礎，使表面處理的變形得到有效減小。假如設計中提出不需要實(shí)施調質(zhì)處理，就能夠直接進(jìn)行滾齒操作。
2.5加工齒部和花鍵部
對工程機械傳動(dòng)系統而言，傳遞力矩與功率的關(guān)鍵零件就是花鍵與齒輪，要求這兩個(gè)部位有較高精度。通常情況下，齒輪軸的齒輪采用的精度為7級到9級，齒輪如果達到了9級精度，滾齒刀與插齒刀都能夠達到齒輪的精度要求。然而，滾齒刀加工精度要比插齒加工精度高，同樣前者的效率也比后者高。假如齒輪達到了8級精度的要求，可能先加工插齒刀或滾齒刀，之后加工桁齒。假如齒輪達到的是7級精度，依據不同的齒輪加工批量大小實(shí)施不一樣的加工工藝，若齒輪生產(chǎn)是單件或小批量，那么可以先加工滾齒或插齒，之后實(shí)施高頻感應式的加熱淬火和其他一些處理表面的方法，最后利用磨齒加工工藝達到要求的精度；若是加工大批量的齒輪，那么需要先加工滾齒，之后加工剃齒，再之后實(shí)施高頻感應式加熱淬火，最后實(shí)施珩磨加工。如果齒輪要求淬火，就需要將圖紙要求加工精度的等級提升一級后，在實(shí)施加工操作，在淬火后齒輪精度會(huì )出現下降，如此之后才能保證滿(mǎn)足設計的精度要求。齒輪軸花鍵通常有兩種類(lèi)型，一種是矩形花鍵，一種是漸開(kāi)線(xiàn)花鍵，如果花鍵要求高精度，需要使用磨鍵齒與滾鍵齒。如今在工程機械中，漸開(kāi)線(xiàn)花鍵應用比較廣泛，大多使用30度壓力角，加工大批量齒輪軸花鍵的步驟很繁瑣，要借助專(zhuān)用銑床實(shí)施加工；而加工小批量齒輪軸花鍵可以用上分度盤(pán)，專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員在銑床上實(shí)施加工。
2.6齒面硬化處理
齒輪軸表面與重要軸徑的表面一般都需要表面處理，其處理方式是表面淬火與滲碳處理。滲碳處理與表面淬火主要為了提高齒輪軸表面耐磨性與硬度，表面淬火可以取得1mm以上的淬火層深度，滲碳處理所使用的滲碳層通常深度是0.8-1.2mm，齒輪軸在經(jīng)過(guò)滲碳處理后，其芯部的塑性、韌性和強度不變,硬度可達HRC58~62。一般情況下，凹槽位置與花鍵齒位置等不需要實(shí)施表面處理，但是要實(shí)施進(jìn)一步精加工，因此在實(shí)施表面淬火處理或滲碳之前要在這些部位涂抹上涂料，厚度應該在0.2mm-0.3mm之間。在完成表面處理之后敲擊使其脫落，在敲擊時(shí)要注意力度要小，以免對零件造成損害。在實(shí)施淬火處理時(shí)，要對冷卻介質(zhì)、冷卻速度、溫度等因素進(jìn)行控制，以免產(chǎn)生不良影響。在完成淬火后，要檢查有沒(méi)有出現彎曲和變形，如果出現彎曲現象，應該將其校直到0.05之內，如果變形較大，則需要采取應力處理，以免再次出現變形。另外，在強度檢測輪齒危險截面和齒根的圓角相切位置之間，對于一些重要齒輪軸，還需要依據國外相同類(lèi)型零件要求或者是用戶(hù)要求對齒心塑性和韌性進(jìn)行檢測[2]。
2.7其他表面的精加工
在對齒輪軸進(jìn)行過(guò)表面處理之后，要研磨其兩端頂尖孔，并把研磨后表面當做精基準，磨削齒輪軸其他重要表面和端面。同時(shí)也把齒輪軸兩端研磨后的頂尖孔當做精基準，精加工凹槽附近重要表面，直至達到設計要求。
2.8精加工齒面的工藝
齒面精加工基準是齒輪軸兩端研磨后的頂尖孔，磨削齒面等位置，直到達到設計要求的精度。
3齒輪軸加工工藝流程
在總結生產(chǎn)實(shí)踐的基礎上，可以概括出工程機械中常用輸入齒輪軸的工藝流程：（1）下料；（2）鍛造；（3）正火處理；（4）粗車(chē)，依據工藝附圖；（5）精車(chē)（使用數控車(chē)，依據工藝附圖）；（6）粗滾齒與精滾齒；（7）銑花鍵；（8）去除毛刺；（9）滲碳和淬火處理；（10）校直；（11）研磨中心孔；（12）對重要的外圓表面和端面進(jìn)行磨削處理；（13）對凹槽附近的外圓等等重要表面實(shí)施車(chē)削；（14）磨齒；（15）檢驗合格后入庫。齒輪軸的工藝流程與工藝要求是與不斷采用改進(jìn)工藝相伴而生的，逐漸發(fā)展出系統化、規范化的新技術(shù)和新工藝，并且應用于生產(chǎn)實(shí)踐齒輪軸中，去報加工齒輪軸的效率與質(zhì)量，能夠為加工相似齒輪軸提供參考。
4結語(yǔ)
分析齒輪軸的加工工藝，要依據裝配產(chǎn)品的設計圖進(jìn)行，對齒輪軸的工作環(huán)境、用途和性能有所了解，明確其在齒輪中的具體位置、所起作用，對制定各項技術(shù)的條件依據進(jìn)行研究與了解，要找出關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)要求，從而采取最優(yōu)工藝措施確保加工齒輪軸的質(zhì)量。通過(guò)分析探討齒輪軸的各項加工工藝，總結齒輪軸生產(chǎn)實(shí)踐中加工效率與質(zhì)量達到最優(yōu)的加工方案，為加工齒輪軸提供重要技術(shù)支持，也能夠為加工類(lèi)似產(chǎn)品提供借鑒。
參考文獻：
[1]祁晶，王華，范春仙，等.工程機械中齒輪軸的加工工藝探析[J].中國機械，2015(4)：51-52.
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[3]劉志鵬.花鍵齒輪軸的加工工藝及功能用途研究[J].知識經(jīng)濟，2012(11)：81.
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