圆柱齿轮加工的工艺创新

文/褚国荣·江苏松田数控科技有限公司

在现代机械中，齿轮传动是应用最广泛的一种机械传动方式，它的功能是传递两轴间的运动和动力。尤其在汽车生产行业中，齿轮已属于大批量专业化生产，在长期的生产实践中，已经形成了一整套的生产工艺。

典型的齿轮加工工艺

用切削方法加工齿轮是一种典型的齿轮加工工艺。生产过程一般分为：齿轮毛坯加工→齿面加工→热处理工艺→齿面的精加工。具体工序为：锻件或棒料形成齿轮毛坯→粗加工，切除较多的余量→半精加工，车、滚齿、插齿等→热处理，调质、渗碳淬火、高频淬火→精加工，精修基准、精加工齿形等。

用此工艺加工的齿轮，可以达到较高的精度，一般可达到6级，经过珩磨后，可达5级以上，可以用在高速、低噪声的工作环境中。在长期的实践中发现，这类齿轮的齿体失效比例高于齿面失效比例，主要为弯曲疲劳折断和过载折断。

齿轮的精密锻造工艺

随着数控精密加工技术的发展，精密锻造工艺和精密模具制造技术已被广泛应用到齿轮零件的大批量生产中。精密锻造工艺分为热精锻造和冷镦锻造。成熟的热精锻造工艺称为“一火两锻”，即齿轮在热锻成形和切边后，利用锻件余热进行精整，这样的热锻齿轮精度在8～9级左右。

冷镦锻造又称为闭塞锻造，是一种先进的无飞边精密成形技术。当模具齿形精度达到6级时，在批量生产条件下，齿轮精度可以达到8～9级。这样的齿轮，可以达到卡车和轻型车的使用要求，可用在低速、重载、高噪声的工作环境中。在长期的使用过程中发现，这类齿轮的失效方式，齿面失效的比例高于齿体失效的比例，主要为磨损和点蚀。

两种工艺生产的齿轮的性能分析

通过典型的齿轮加工工艺生产的齿轮如图1所示。由于在齿形加工过程中（滚齿、插齿、珩齿、磨齿等），零件的纤维组织被切断，虽然可以获得比较高的齿形精度和齿相精度、表面光洁度等，但齿轮的受力性能和抗折断性能受到影响，在过载情况下，存在齿根折断的隐患。

在精密锻造工艺条件下，生产的齿轮如图2所示。在精锻过程中，金属在高应力作用下，产生塑性变形，齿轮的组织致密，金属纤维连续，抗疲劳强度和耐磨性比切削加工的齿轮高出很多，适合于频繁冲击和重载工况下工作，但由于其精度低，表面粗糙，工作噪声大，工作速度低，易产生齿疲劳损伤。

齿轮加工的工艺创新

随着数控加工技术的普及，数控滚齿机和二次自动对刀技术的成熟应用，我们可以将数控加工和精密锻造两种齿轮加工工艺有机地结合起来，既可以得到良好的金属纤维组织，改善受力情况，又可以得到比较高的齿轮精度，减少金属切削量，提高生产效率。

在实际生产工艺中，用精密锻造的工艺方式生产齿轮毛坯，然后用数控滚齿机加二次对刀装置，进行精密滚齿加工。这种方式生产的齿轮，各项精度、性能指标都得到提高，经济价值也有很大提升。与典型的齿轮加工工艺相比，因为切削量减少，所以加工效率提高。我公司有一客户，要生产一批新能源汽车用齿轮，模数3mm，24齿，6～7级精度。首次制作精锻齿轮毛坯，然后在高速数控花键铣床YKH750（图3）上运用二次对刀加工工艺（仅需6s左右）对精锻毛坯进行加工，在数控滚齿机床上滚切0.2mm的加工余量，只需1min左右。新工艺不但提高了生产效率，更重要的是提高了齿轮的性能，在用户的检测中，新工艺生产的齿轮的受力性能明显高于传统方式生产的齿轮。

总结

经过大量的实际生产证明和试验验证，将精锻工艺与典型的齿轮加工工艺组合起来，不仅可以提高产品性能，而且可以提高生产效率，是切实可行的，是齿轮加工的创新工艺。