刍议齿轮热处理工艺及热后精加工齿轮刀具的选择

李晓霞

牛力士轴承（盐城）有限公司 江苏盐城 224007

在现代化工业的发展下，工业领域对于齿轮性能提出了全新要求，要确保工业生产的顺利进行，必须要保证齿轮韧性、强度、抗疲劳性可以满足要求，当前，热处理工艺是生产中常见的一种工艺，该种工艺可靠、安全，在机械行业有着广泛应用。

1 齿轮热处理工艺的应用

为了保证齿轮零件的耐磨性、硬度与抗疲劳性，一般需要应用到热处理工艺，该种方式可以有效提升齿轮的使用性能，常见的需要应用热处理工艺加工的齿轮类型有变速箱齿轮、差速器齿轮、发动机齿轮，在热处理工艺的应用上，包括正火、渗碳、淬火、高温回火等方式。

其中，正火十分常见，在处理时，需要将工件加热到一定温度，一般情况下，加热温度集中在727～912℃，也可以是Acm以上30到50℃，加热后，进行保温处理，再进行喷水、吹风冷却。通过正火处理，可以有效改善材料内应力，提升材料硬度，正火的应用范围广泛，中碳钢、低碳钢、铸钢件、球墨铸钢、大型锻件、工具钢、渗碳钢等，都可以采用正火法进行处理。

渗碳也是一种常见的方式，能够让碳原子渗至钢表面，在经过渗碳处理完毕后，需要第一时间进行淬火，才能提升其硬度，通过渗碳处理法，能够提高表面硬度和耐磨性能，并提升零件的强韧性，可以有效延长其使用寿命。渗碳法适合加工的零件有低碳合金钢、低碳钢，汽车、飞机机械零部件的处理，大多会应用到渗碳法，代表性的零件如轴、齿轮、凸轮轴等等[1]。

淬火与高温回火法又被称之为调质法，是对钢件、钢材进行处理的一种常见复合工艺，一般情况下，时刻的材料类型有中碳合金结构钢、中碳结构钢，在采用淬火与高温回火法处理后，既能够提升工件强度，又可以有效改善其韧性和塑性，获取到的零件抗弯曲性能、耐磨性能也非常好。淬火与高温回火法时刻应用在连杆、齿轮、螺栓、轴类等各类结构件，在汽车业、机床业中，也有广泛应用。随着我国工业的发展，重型机器得到了普及，已经能够生产出质量过硬的大型部件，而这类部件，一般也需要应用到淬火与高温回火法。

2 热后精加工齿轮刀具的选择

在机械生产中，齿轮能够传递功率、调节速度，对于现代化工业的发展，具有重要的促进价值，为了提升质量，还要做好热后精加工齿轮刀具的选择工作，以汽车为例：

在齿轮材料选择上，对于驱动器差速齿轮、变速箱齿轮，一般需要应用20CrMo或者20CrMoTi，对于曲轴齿轮，一般应用35、40Cr，对于起动机齿轮，15Cr、20Cr都可以满足要求。

在加工工艺上，不同齿轮的加工工艺各有差异，对于变速箱齿轮，在加工上，先下料，再锻造、再进行正火，进入机械加工环节后，渗碳、淬火、低温回火，最后，再进行喷丸、切削、装配即可。在曲轴的加工上，先下料，再进行锻造，正火后，粗加工处理，对其表面进行淬火、回火后，即可进入精加工环节。

经过上述处理后，可以达到理想的接触疲劳强度和高弯曲疲劳强度，加工后的齿面，也有良好的耐磨性能与不错的硬度，可以满足运行要求[2]。

除此之外，为了满足图纸要求的精度，还需要根据生产要求来选择刀具，这在齿轮的加工中也极为重要，科学选择刀具，能够在保证精加工质量的同时，降低加工成本，有效提升工作效率。常见的刀具有几类：

硬质合金刀具：硬质合金刀具在粗加工刀具、精加工刀具中，都有广泛应用，能够显著改善切齿效率，代表性的如盘状硬质合金齿轮铣刀，在传统的结构中，一般一个到齿配备一个合金刀片，无法调整切削角度，而改良后的是由几个硬质合金刀片组成，增大了直径，刚度更高，在提升切削效率的同时，进一步优化了切削速度。除此之外，硬质合金指状齿轮铣刀也十分常用，其螺旋切削刅较长，刀片之间是交错排列的，解决了分屑问题和制造难题。

粉末冶金高速钢刀具：这类刀具也十分常用，在表面中，配备了硬度极高的涂层，能够有效优化切削速度[3]。

表面高硬涂层刀具：该种刀具的表面涂层是金色氮化钛，最开始时，这类涂层是应用在高速钢刀具中，后来，TiALN涂层诞生，这一技术有着历史性的意义，其摩擦系数低、硬度非常高，进一步提升了刀具的耐磨性能，目前，这一技术已经得到了广泛应用。在齿轮刀具中，大多结构采用的是铲磨结构或者铲齿结构，应用TiALN涂层，有效减小了刀具的磨损，改良效果明显，切削速度能够超过180m/min，当然，由于这一技术的发展时间还不长，在应用过程中，也存在一些问题，还有待在后续的研究中解决。目前，加工热处理后的汽车齿轮的刀具材料有硬质合金刀、陶瓷刀和CBN 刀（或立方氮化硼刀）等。必须根据热处理后的汽车齿轮的硬度选择合适的刀具，如加工热处理后硬度在45HRC以下的齿轮可选择硬质合金刀具[4-5]。