大型齿轮加工新技术、新工艺及对机床工具的新需求-.pdf

大型齿轮加工新技术 新工艺及对 机床工具的新需求 大连华锐重工集团股份有限公司减速机厂 辽宁1 1 6 0 3 5 张本麒张雅斌 大连华锐重工减速机厂技术厂长张本麒 当前 ，中国制造业面临着如何从中国制造升级 为中国创造的转折 ，自主创新 、全面提升制造技术 水平是关键点，其中齿轮作为工业化的基础 ，以其 在整个制造业的广泛应用而 占有举足轻重的地位 ， 它的制造水平往往能反映出一个国家制造业的整体 水平 。 1 ． 我公司大型齿轮加工的状况 我 公司加工 的大型齿 轮以渐开 线 圆柱 齿轮居 多 ，按零件 大体形状 可分 为大齿轮 、齿轮轴和 内 齿圈 ；按热处理方式可分为调质齿轮 、氮化齿轮及 渗碳淬火齿轮等。大型齿轮一般要求粗、精加 工分 开 ，其 中渐开线齿槽 的加 工是关键 工序 ，在我厂 模数 ≤3 0 且齿顶 圆直径 ≤6 m的齿轮均可采用大型 滚齿机配备标 准镶片滚 刀进 行展成法加 工 见 图 1 ，而超过上述参数范 围的齿轮件则要考虑特殊 的铣 齿设备 例如带分度功 能的大型铣床 、镗床 等 ，并设计专用刀具 如指形铣 刀、盘铣刀等 进行单齿仿形法加工 ；大型内齿 圈的加工一般在配 备内齿刀架的数控铣齿机上进行 ，刀架的装刀空间 4 争 磊 ～ 、l m e t口 | 咄 ln 譬 | 9 5 o 。com ’ ． ～ ～ 较大 ，可安装大型专用镶 片盘型铣刀。精度等级在 7 级以上或硬齿面 的齿轮以磨齿作为精加工工序 ， 目前我厂磨齿最大模数可达4 0 ，最大磨齿设备的工 作台 回转直径可达4 m。 图 l 2 ． 大型齿轮制造的技术难点及对机床 刀 具 、工艺等方面的要求 大型齿轮制造的技术难点集 中在复杂曲面齿形 加工方式的选择和热处理齿部变形的控制 ，前者往 往 由于受加工机床和 刀具 的限制而不 易实现 ，后者 则由于毛坯材质和热处理工序的不稳定性往往无规 律可循。 大型齿轮对加工机床的要求主要体现在刚性和 柔性两个方面。刚性是从机床本身构造来说 ，床 身 可承载大型齿坯 的重量 ，驱动 电动机拥有足够大 的 功率 ，传动链可靠 ，主轴的回转 、刀架的进给应能 够承受齿槽加工过程 中产生 的巨大切 削阻力 ；柔性 是从机床应用范围来讲 ，大型齿轮一般为单件小批 生产 ，功能单一的专用设备并不适合该类型的生产 模式 ，所以在机床设计阶段应充分考虑到设备的使 用范 围，尽可能满足不同类型、不同尺寸大型齿轮 的加工需求 ，提高设备的利用率 ，降低加工成本。 同时 ，随着机床工业 的发展 ，加工机床 的数控化已 成为必然 ，它会让操 作更简捷 ，控制更精确 ，加 工 效率也更高。 大型齿轮对 刀具的要 求集 中体现在耐用度上。 由于大型齿轮齿槽深 、齿数多 ，加工时间长 ，刀具 消耗大 ，所以大型齿轮的刀具应具备更长的寿命。 同时 ，粗加工刀具 由于切 削量大 ，进给速度较快 ， 所以应具备较强的韧性和抗冲击性 ；精加工刀具还 应具有较高的硬度，以满足刮削热处理后较硬齿面 的 要求 。从 刀具 结构上 看 ，大 型齿轮 刀具 还以镶 片式结构 为主 ，涂层刀具和硬质合金刀具 已成为主 流 。 从工艺角度来说 ，不 同类型的大型齿轮在加工 工艺上存在很大差异。调质齿轮 由于受调 质合金钢 材料淬透性的限制 ，往往需要在热处理前进行粗开 齿加 工，以提高齿根部位的热处理性能 ，但这也会 给热后齿顶圆及端面的车削带来不利影响 ，所以热 前合理的加工余量显得十分重要。氮化齿轮是在调 质齿轮的基础上增加齿面氮化处理 ，以进一步提高 齿面耐磨性和抗疲劳强度。氮化温 度通常低于调质 时 回火温度至 少3 0 ℃ ，同时 为了进一步减 少大型 齿轮的氮化变形 ，一般在精加工前安排时效处理以 消除之前产生的加工应力。渗碳淬火齿轮一般要安 排二次正火或调质作为预备热处理 ，并根据齿坯材 料 、形状和尺寸的不同，对齿顶 圆直径或螺旋角等 参数进行适当修正 ，以达到补偿渗碳淬火变形的 目 的 ；同时 ，由于 齿面很硬 ，热后一般 采用磨 齿加 工 ，但齿根圆角部位不允许磨削 ，以保留热处理产 生的表面残留压应力 ，增强齿根抗疲劳能力，所以 热前齿部粗加工一般采用 凸台留磨刀具。 以我 厂 制 造 的风 电 1 5 M w试 验 台 齿 轮 箱 为 例 ，其中最大的齿轮轴材料 为2 0 Cr Mn Mo，模数 1 7 1 3 6 、齿数z 2 3 ，加工精度6 级、齿面要求渗碳 淬火 ，表面硬 度5 8 ～6 2 HRC。由于模数3 6 的 凸台 留磨滚刀受 刀具最大外径的限制 ，一般刀架无法安 装 ，且该类型的滚刀采购成本过高，所以我厂采用 指形铣仿形法加工。其 中齿根部位的圆角 凸台单独 设计 了专用 圆弧铣刀加工 ，以保证齿根 圆弧的正确 形状 ，机床选用我厂 1 min i“ 式滚 齿机来保证分度精 度 见图2 。 3 ．大型齿轮 加工的发展方向 近 年来 ，大 型 齿轮的加 工在追 求 高效率 、低成本 的 同时 ，更加关注 绿 色与环 保 ， 目前高 速干式 切削 已成为 绿 色加 工技 术中的 热 点。与湿式 加工 相 比 ，干式切 削可 E 煮 患 ， 图2 以有效克服切削液消耗大 、油雾和油污污染 、漏油 混油现象严重等缺点 ，加工成本更低 ，零件质量更 好，而且工作环境也变得更加 清洁 、安全 。国际上 知名 的齿轮加工机床制造商 ，如美国的Gl e a s o n 公 司 ，德 国的L i e b h e r r 公司 ，日本的三菱重工公司等 已将其作为产品研发的重要方向 ，并形成了一种新 的竞争优势。 在 刀具方面 ，随着刀具材料 、涂层技术等的发 展 ，现在的滚 刀线速 度可达 1] 6 0 0 m／ mi n ，这就为 高速干式切削技术的推广提供了技术保障。同时 ， 新型可转位硬 质合金滚 刀的逐步应用 见 图3 ， 可节省刀具修磨成本和换刀时 间，成倍地提高了大 型齿轮 的加工效率 ，真正为用户节省大量的成本 。 图3 4 ． 结语 随着机械工业和能源产业 的飞速发展 ，大型齿 轮件 的需求也越 来越大 ，在大型 齿轮的制造技 术 上 ，我们还面临着许多技术瓶颈有待解决 ，许 多工 艺方法有待提高 ，在这里也希望能和各位同行或相 关领域的专家进行真诚的交流 、沟通与合作 ，共 同 提升我国在大型齿轮制造领域的技术水平 。MW 收稿 日期 2 0 1 2 0 8 0 8 参磊 冷 加 工