齒輪的無屑加工
利用金屬的塑性變形或粉末燒結(jié)使齒輪的齒形部分最終成形或提高齒面質(zhì)量的無屑加工(見少無切削加工)方法﹐分為工件在常溫下進(jìn)行加工的冷態(tài)成形和把工件加熱到1000℃左右進(jìn)行加工的熱態(tài)成形兩類。前者包括冷軋﹑冷鍛﹑沖裁等﹔后者包括熱軋﹑精密模鍛﹑粉末冶金等。無屑加工齒輪可使材料利用率從切削加工的40～50％提高到80～95％以上﹐生產(chǎn)率也可成倍增長(zhǎng)﹐但因受模具強(qiáng)度的限制﹐一般只能加工模數(shù)較小的齒輪或其它帶齒零件﹐同時(shí)對(duì)精度要求較高的齒輪﹐在用無屑加工成形后仍需要利用切削加工最后精整齒形。無屑加工齒輪需要采用專用的工藝裝備﹐初始投資較大﹐只有在生產(chǎn)批量較大時(shí)(一般達(dá)萬件以上)才能顯著降低生產(chǎn)成本。
冷軋齒輪 將齒輪形的軋輪向輪坯徑向進(jìn)給﹐并按一定速比相互滾動(dòng)﹐使輪坯外周產(chǎn)生塑性變形軋出齒形。冷軋可加工圓柱齒輪(直齒或斜齒)﹑非圓齒輪或帶細(xì)齒的零件﹐精度可達(dá)8～9級(jí)﹐齒面粗糙度可小至R 0.63～0.16微米。對(duì)模數(shù)小于2.5毫米的齒輪﹐可從輪壞直接軋出齒形。模數(shù)大于2.5毫米時(shí)﹐通常先采用切削加工粗切﹐或鑄﹑鍛出齒形﹐再用冷軋對(duì)齒面作精整加工。冷軋一個(gè)齒輪的時(shí)間只需數(shù)十秒(見成形軋制)。
冷鍛齒輪 按輪坯塑性變形和成形力的方式不同有冷擠(見擠壓)和冷鐓兩種。冷鐓是從冷擠發(fā)展而來的。
冷擠是利用凸模和凹模的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生擠壓力﹐使坯料在模具的約束下塑性流動(dòng)而得到齒形﹐常用于加工模數(shù)小于 3毫米的直齒圓柱齒輪﹑內(nèi)齒輪﹑花鍵軸或花鍵孔等。冷鐓是利用上模的錘擊力使坯料在模具中受壓縮而橫向流動(dòng)形成齒形﹐常用于加工錐齒輪。通常需先把坯料頭部鐓粗﹐然后再鐓鍛齒形。冷鐓后的齒輪帶有飛邊﹐需用切削加工切去。
冷鍛成形的齒輪尺寸誤差可控制在0.05毫米以下﹐齒面粗糙度可小至Ra3.5～0.3微米。對(duì)精度要求較高的齒輪﹐可在冷鍛成形后再加一道研磨工序精整齒形。
沖裁齒輪 利用齒輪形的沖壓模(凸模和凹模)從板料沖切出齒輪(見沖裁)﹐適于加工模數(shù)小于6毫米﹑厚度小于10毫米的片齒輪﹑齒條﹑棘輪﹑鐘表齒輪和儀表齒輪等。沖裁齒輪的精度可達(dá)8級(jí)﹐斷面粗糙度可小至Ra 0.32～0.16微米。若沖裁時(shí)在工件周圍采用壓料板﹐并在工件下面設(shè)頂料器﹐使工件在完全壓緊的狀態(tài)下沖切﹐可防止沖裁齒輪翹曲變形并提高齒輪質(zhì)量。
熱軋齒輪 工作原理與冷軋相同﹐但熱軋是在工件加熱到1000℃以上的熱塑狀態(tài)下進(jìn)行的。熱軋齒輪包括預(yù)熱﹑軋制和整形等工序﹐單件生產(chǎn)時(shí)間平均不到1分鐘﹐精度可達(dá)8～9級(jí)﹐一般不再精加工就可直接采用。對(duì)齒輪精度要求較高時(shí)﹐可在熱軋時(shí)預(yù)留 0.2毫米加工余量﹐然后用剃齒機(jī)或蝸桿砂輪磨齒機(jī)精切齒形。
精密模鍛齒輪 把輪坯在保護(hù)氣氛爐中加熱到1000～1150℃﹐取出放到鍛錘的下模中﹐用上模錘擊數(shù)次鍛出齒形﹔也可先粗鍛成形﹐然后精鍛齒形(見模鍛)。精密模鍛適于加工模數(shù)小于 4毫米的錐齒輪(直齒或曲線齒)。為了減少鍛造過程中高溫加熱的輪坯接觸空氣而產(chǎn)生氧化皮的機(jī)會(huì)并提高齒輪精度﹐自70年代以來﹐較多采用高速錘進(jìn)行高速鍛造﹐可使輪坯在熱塑性較好的狀態(tài)下一次錘擊成形。精密模鍛后的齒輪需先去除飛邊﹐然后以鍛出的齒槽作定位基準(zhǔn)鉆﹑鉸或鏜削軸孔﹐再以軸孔為基準(zhǔn)精加工齒輪外徑和其它部位。對(duì)于精度要求較高的齒輪﹐可在模鍛時(shí)預(yù)留0.5毫米加工余量﹐以便最后用機(jī)床精切齒形。
粉末冶金齒輪 將金屬粉末原料(一般鐵粉占93～98％﹐銅粉占1.5～4％﹐石墨占0～0.3％)在模具中壓制成形﹐然后將輪坯在保護(hù)氣氛爐中以1100～1150℃的溫度保溫1.5～2.0小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)后的齒輪一般不必或很少切削加工。粉末冶金齒輪的精度可達(dá)9級(jí)左右。用粉末冶金方法可加工各種齒形的齒輪﹐但制成的齒輪內(nèi)部一般含有5％以上的孔隙﹐材料密度為6.9～7.2克/厘米3 ﹐機(jī)械強(qiáng)度較低。因此﹐某些錐齒輪的制造常采用粉末鍛造的方法﹐即先用粉末冶金方法制成輪坯﹐再加熱至850～950℃進(jìn)行精密模鍛﹐最后去除飛邊。鍛后的齒輪﹐密度可達(dá)7.75克/厘米3 以上﹐幾無孔隙﹔精度可達(dá)7級(jí)左右﹐齒面粗糙度可小至R 5～2.5微米。
參考書目
北京齒輪廠編﹕《螺旋錐齒輪》﹐科學(xué)出版社﹐北京﹐1974。
年震午編譯﹕《齒輪的少無切削加工》﹐機(jī)械工業(yè)出版社﹐北京﹐1975。
