(1)锻造毛坯:
下料 → 加热 → 锻造操作(镦粗 → 拔长 → 冲孔 → 成型) → 锻后处理(空冷 → 正火)
(2)铸造毛坯:
①砂型铸造:
模型制作 → 造型 → 熔炼和浇注 → 落砂和清理
②熔模铸造:
制作母模 → 制作蜡模 → 模组组装 → 涂挂制壳 → 脱蜡 → 焙烧和浇注
(1)正火:
装炉 → 加热 → 保温 → 冷却
(2)调质:
淬火(装炉 → 加热 → 保温 → 冷却) → 高温回火(装炉 → 加热 → 保温 → 冷却)
(1)车削加工:
粗车(外圆 → 端面 → 内孔) → 精车(外圆 → 端面 → 内孔)
(2)拉削加工(可选,在齿坯加工阶段进行)
滚齿 → 插齿 → 剃齿 → 珩齿 → 磨齿
(1)渗碳淬火:
装炉 → 渗碳 → 淬火 → 低温回火
(2)氮化
气体氮化:齿轮清洗 → 齿轮调质处理 → 装炉 → 通入氨气并加热至 500 - 550°C → 保温 20 - 100 小时(活性氮原子渗入) → 随炉冷却至 200°C 以下 → 出炉 → 表面清理
离子氮化:齿轮清洗 → 齿轮调质处理 → 装炉(置于真空容器内,齿轮为阴极,容器壁为阳极) → 通入少量氮气或氨气并抽真空至 10 - 1000Pa → 施加 400 - 1000V 直流电压(气体电离产生氮离子,氮离子轰击齿轮表面,加热并使氮原子渗入) → 保持 450 - 650°C,10 - 50 小时 → 冷却(真空或通少量氮气、氩气冷却) → 表面清理
(1)磨齿(若齿轮热处理后有变形,从齿轮热处理指向磨齿)
(2)对研(高精度、小模数齿轮,从磨齿或齿形加工后指向对研,根据实际情况确定)
以下是某企业一个圆柱直齿轮加工工艺案例,根据具体的生产条件、设备情况和零件要求等对工艺路线做了调整,仅供参考:
(一)零件分析
1. 零件名称:圆柱直齿轮
2. 零件材料:45钢(优质碳素结构钢,具有较高的强度和较好的切削加工性)
3. 主要尺寸及精度要求:模数:m = 3mm;齿数:z = 40;分度圆直径:d = m×z = 3×40 = 120mm;齿宽:b = 30mm;精度等级:7级精度(GB/T 10095.1-2008),要求齿形、齿向误差等在规定范围内,以保证齿轮传动的平稳性和准确性。
(二)毛坯选择
选用锻造毛坯。锻造可以改善材料的内部组织,使其纤维组织连续,提高零件的力学性能,满足齿轮在工作时承受较大载荷的要求。毛坯尺寸根据齿轮的最终尺寸加上加工余量确定,余量一般根据经验和加工工艺要求选取,例如外径方向留单边余量3 - 5mm,厚度方向留余量2 - 3mm等。
(三)工艺路线制定
1. 锻造毛坯
2. 正火处理(改善切削加工性能,细化晶粒,消除锻造应力)
3. 粗车外形(车削两端面、外圆等,为后续加工提供基准)
4. 调质处理(提高综合力学性能)
5. 半精车外形(进一步提高尺寸精度和表面质量)
6. 滚齿(加工齿轮齿形)
7. 剃齿(提高齿形精度和表面光洁度)
8. 齿部高频淬火(提高齿面硬度和耐磨性)
9. 精磨外圆(保证外圆尺寸精度和表面质量,作为齿轮安装基准)
10. 成品检验(检查齿轮的各项精度指标是否符合要求)
(四)各工序具体加工内容及要求
1.锻造毛坯
按照设计的毛坯尺寸和形状,采用合适的锻造工艺(如自由锻或模锻)进行锻造。
锻造后需进行外观检查,确保无明显裂纹、折叠等缺陷。
2. 正火处理
将锻造后的毛坯加热到适当温度(一般对于45钢为840 - 860℃),保温一定时间后在空气中冷却。
处理后检查硬度是否在合适范围(HB170 - 217左右),以便于后续的切削加工。
3. 粗车外形
在车床上,以毛坯外圆为粗基准,先车削一端面,然后打中心孔。- 以中心孔为基准,车削另一端面至规定长度,车削外圆至接近最终尺寸,留半精车余量(例如外圆单边留余量1 - 1.5mm)。
粗车后的尺寸精度控制在±0.5mm左右,表面粗糙度Ra值达到12.5μm即可。
4. 调质处理
将粗车后的零件加热到淬火温度(一般820 - 840℃),油冷淬火,然后进行高温回火(一般500 - 650℃)。
调质后的硬度一般要求在HB217 - 255范围内,同时需检查零件有无变形,如有变形需进行校直处理。
5. 半精车外形
同样以中心孔为基准,半精车外圆至接近最终尺寸,留精磨余量(例如外圆单边留余量0.3 - 0.5mm),车削齿宽至规定尺寸,精度控制在±0.1mm左右,表面粗糙度Ra值达到3.2μm。
6. 滚齿
在滚齿机上,根据齿轮的模数、齿数等参数,选择合适的滚刀进行滚齿加工。
滚齿时需合理选择切削用量(如切削速度、进给量和切削深度),以保证齿形精度和加工效率。一般切削速度可选取20 - 30m/min,进给量0.5 - 1.5mm/r,切削深度根据余量确定,本次可先切去大部分余量,留剃齿余量0.1 - 0.2mm。
滚齿后需检查齿形误差、齿距累积误差等精度指标,应符合7级精度要求的相关规定。
7. 剃齿
使用剃齿机对滚齿后的齿轮进行剃齿加工,进一步提高齿形精度和表面光洁度。
剃齿时要注意调整好刀具与工件的相对位置和切削参数,一般剃削余量较小,为0.1 - 0.2mm。
剃齿后齿面的表面粗糙度Ra值可达到0.8μm以下,齿形精度得到进一步提高,满足7级精度要求。
8. 齿部高频淬火
采用高频感应加热设备对齿轮齿部进行淬火处理,使齿面硬度达到HRC40 - 50,提高齿面耐磨性。
淬火时要注意控制加热温度、加热时间和冷却速度等参数,避免出现过热、过烧或淬火裂纹等缺陷。
淬火后需进行回火处理,消除淬火应力,一般回火温度为180 - 220℃,保温一定时间后空冷。
9. 精磨外圆
在磨床上,以中心孔为基准,精磨外圆至最终尺寸,保证尺寸精度在±0.01mm以内,表面粗糙度Ra值达到0.4μm。
精磨后的外圆作为齿轮的安装基准,其精度和表面质量对齿轮的装配和使用性能有重要影响。
10. 成品检验
使用齿轮测量仪等专用设备对齿轮的齿形、齿向、齿距累积误差、齿面硬度等各项精度指标进行全面检查。
将检验结果与7级精度要求的标准值进行对比,若各项指标均符合要求,则该齿轮为合格产品,否则需根据不合格情况进行返修或报废处理。
以上就是一个较为完整的圆柱直齿轮加工工艺案例,在实际生产中,可根据具体的生产条件、设备情况和零件要求等对工艺路线和各工序参数进行适当调整。