挖跟齿轮加工工艺研究

王晓侠

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

引言

挖跟齿轮的质量直接影响着发动机的性能。经过多次调整加工方法及实验，在较短周期中完成了对加工过程的分析并成功加工出了一批合格零件。

一、加工流程

1 齿轮的粗加工。齿轮的粗加工是为了去除加工余量，为半精加工确定基准，同时进行轮齿的粗加工。齿轮粗加工要选择好基准，基准的确定对以后各加工表面加工余量的分配、加工表面与非加工表面的相对位置有较大的影响。挖跟齿轮轮齿粗加工选择滚齿加工。确定滚齿分度圆齿厚时，要考虑磨齿时的碳层减薄量，一般磨齿余量单边不大于0.2mm；由于滚齿和磨齿不是采用同一加工基准，因此在滚齿时对轮齿齿形跳动量也要加以限制， 避免磨齿时余量不一致，造成齿面渗层不均匀而减小齿面耐磨性。

2 齿轮的热处理。齿轮轮体和轮齿部位经过粗加工后,为了达到设计图要求，一般要进行热处理，例如轮齿渗碳、淬火、氰化、氮化等，以改善材料的机械性能，满足使用要求。挖跟齿轮采用的是渗碳、淬火处理。采用余量保护法，渗碳后要进行半精加工，去除保护余量，再进行淬火。

3 齿轮的半精加工。半精加工主要完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。半精加工主要是车削、磨削、精加工基准的修正等。渗碳淬火中用余量保护的齿轮，其渗碳、淬火分成两道工序，中间要进行去除保护余量的半精加工。

4 齿轮的精加工。齿轮轮体的精加工主要包括零件的精密表面（主要是轴承外圆及端面）的精加工及光整加工；也包括对齿轮上内外花键的滚、插、拉削加工；螺纹的磨、铣、车加工；键槽的铣、插加工；工艺扁台的铣削；减轻孔的钻铰等。这些工序多安排在轴承外圆的精加工及轮齿的精加工（磨齿）之前；也有考虑精加工轴承外圆及轮齿的基准问题，而将上述个别工序排在精磨外圆及磨齿之后的。

齿轮精度多为6～7级，最高为5级。根据齿轮精度等级，直齿圆柱齿轮的轮齿精加工多采用磨齿。齿轮为6级精度，用磨齿机进行磨齿。磨齿时要选择合适的切削参数，避免磨削烧伤及裂纹。磨齿后进行低温回火（一般150℃左右）和烧伤检查（用化学方法）。

二、加工中出现的问题、解决方法及改进效果

目前挖跟齿轮主要出现问题是齿形不合格及齿面出现裂纹。

1 齿形不合格原因分析、解决方案及改进效果

一般在制齿工序中，齿轮在齿根圆上，根据使用要求不同有下列四种情况：

（1）齿根圆留有适当的磨削余量，对于中早期设计的齿轮，要求齿根圆进行磨削，因此齿根圆留磨削余量0.1mm～0.4mm（直径方向）。滚齿的齿根过渡曲线R与磨齿的齿根过渡曲线R相同，这样在磨齿时，齿根圆和齿根R过渡曲线全部磨光，齿根圆与齿型面转接圆滑。（2）齿根圆留磨削余量应很少，齿根圆余量0～0.2mm（直径方向），磨齿齿根有可能磨不圆，设计要求允许齿根圆磨削不完整，但齿根过渡曲线R与齿轮渐开线型面必须光滑转接。（3）齿根允许留有磨削台阶，其齿根形状滚齿时按要求留R进行齿根底径加工，齿根底径完全不磨削，磨齿时只磨削齿面。（4）齿根为一个圆弧的齿底（挖根齿轮），用特殊专用大头滚刀加工出R1min，齿面留出磨齿余量，磨齿型面时齿根不磨削。

另外在磨齿工序中，因磨齿工艺是硬齿面齿轮的精加工工艺，也是精密齿轮的主要加工工艺，故主要用采用高精度磨齿机加工，这样才能可以满足挖跟齿轮的要求。但磨齿的缺点是砂轮修整费时，金刚石修整笔的消耗量大，不适于单件或小批生产。

磨齿去余量的大小应以除去齿面缺陷层，消除渗碳淬火变形，保证渗碳层规定厚度要求，达到齿轮磨齿精度的最小余量为准，磨齿余量的均匀性对保证齿面质量是十分重要的，磨齿余量不均匀性受下列三个因素影响：

齿轮的预加工滚齿等精度

渗碳、淬火的热处理变形

热处理后修正基准加工中产生的误差

在工艺上要严格控制上述三个因素造成的误差，才能获得均匀而较小的磨齿余量。

通过以上分析得出产生齿形不合格的原因有以下四个方面：（1）滚齿工序的滚齿刀挖根对称度不好；（2）滚齿刀渐开线起始圆不合格；（3）磨齿工序用顶尖加工，测量基准与加工时装夹基准不统一；（4）磨齿设备精度不够。

为解决此项问题，针对产生的原因特制定以下方案：（1）对现有的滚齿刀进行改磨，保证滚齿工序轮齿的渐开线起始圆及挖根对称合格，为磨齿工序打好基础。（2）派制专用工装，统一加工时装夹基准及测量基准。（3）加大磨齿余量，磨齿分为粗磨及精磨两道工序，减小精磨余量。

根据以上方案对现有的滚齿刀进行改磨、统一加工时装夹基准、调整磨削余量后，有如下改进效果：（1）滚齿工序投影检查的渐开线起始圆合格且挖根对称性好。（2）磨齿工序加工时间延长，磨齿加后齿形齿向尺寸均合格。

2 齿面裂纹原因分析、解决方案及改进效果。原因分析：（1）滚齿工序后的打磨轮齿及挖根倒角不均匀，热处理工序时残余应力在轮齿尖边处释放，造成裂纹。（2）磨齿加工时震动过大产生磨削裂纹。

解决方案。（1）对打磨倒角工序进行控制，严格把关，确保倒角的均匀性。（2）在打磨倒角工序之后和磨齿加工之前加上光整工序，光整加工能有效去除零件表面的毛刺等，在原工件表面上可靠地细化表面粗糙度1～2个等级，提高零件表面层硬度，从而可延长零件的使用寿命。（3）磨齿工序派制专用夹具，确保加工的稳定性。（4）磨齿工序分为粗、精两道工序，减小磨削震动。

改进效果。（1）热处理后零件未出现表面裂纹。（2）磨齿工序后经过探伤，未发现轮齿表面出现裂纹。

结语

综上所述，经过技术人员及现场操作人员的共同努力，总结出挖跟齿轮加工时存在的问题，并加以解决，最终完成现行的加工流程，达到了满意的结果。

[1] 李先广.当代先进制齿及制齿机床技术的发展趋势[J].制造技术与机床，2003.

[2] 张捷.机械制造技术基础[M].四川：西南交通大学出版社，2006.