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﹐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﹐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﹐齒面粗糙度可小至R 0.63～0.16微米。對模數(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移動產(chǎn)生擠壓力﹐使坯料在模具的約束下塑性流動而得到齒形﹐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﹐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﹐一般不再精加工就可直接采用。對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。
