工程机械的齿轮轴加工工艺探究

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摘要：在我国经济快速发展的当下，扩大了基础建设规模，也随之提高了工程机械的需求量。在工程机械中，齿轮轴是支撑式回转零件，有着非常重要的作用，能够达到齿轮和其他零件的回转，同时也能够在较长距离上传递动力与力矩，其主要优点是结构紧凑、有较长的使用寿命和较高的传动效率，广泛应用于工程机械中，在很大程度上关系着工程机械的正产运行。本文主要针对工程机械中齿轮轴的具体加工工艺进行了分析研究。

关键词：工程机械；齿轮轴；加工工艺

在我国当前提高工程机械需要量的情况下，必须重视工程机械中齿轮轴的加工工艺。通过研究其加工工艺，再实践对其进行完善和优化，从而提高齿轮轴的使用寿命，更好地建设基础设施。齿轮轴的加工工艺主要涉及选择何种制作材料、滚齿的工艺参数、安装工装夹具、热处理方式等等，通过探究具体的加工工艺为改良提供技术支持。

1齿轮轴的零件结构

为了更好地分析齿轮轴的加工工艺，以某种装载机输入性齿轮轴为例进行分析。这种齿轮轴是阶梯轴类型的零件，如图1所示，由不同形式几何实体与几何表面组成，包括了齿轮、环槽、凹槽、轴肩、圆弧面、圆柱面、花键等。齿轮轴精度的要求较高，加工输入式齿轮有比较大的难度，必须正确选择与分析加工齿轮时的一些问题，比如齿形加工、热处理、基准、材料选择等等，从而保证齿轮轴批量加工的质量和数量都达到要求。比如一种经典的齿轮轴即输入齿轮轴，大多数的输入齿轮轴外圆的表面尺寸要达到IT6~8级的精度，其表面的粗糙度应该在Ra1.6到6.3之间，其位置精度一般是尺寸精度的三分之一到五分之一之间，齿轮精度等级是八级。

2齿轮轴的具体加工工艺

2.1选择齿轮轴制作材料

应用在传动机械里的齿轮轴，一般情况下使用的制作材料是较为优质的碳素钢，使用型号是45钢、20CrMnTi和40Cr型合金钢[1]。通常选择齿轮轴制作材料的要求是价格适宜，具有较好的耐磨性能，并且能够达到材料对强度的要求。

2.2加工齿轮轴毛坯

因为对齿轮轴有比较高的强度要求，为此在机械加工中直接使用圆钢，会消耗比较大的劳动量与材料，因此一般坯料使用的是锻件。如果加工的齿轮轴尺寸比较大，自由锻是比较好的选择；如果齿轮轴尺寸是中小型的，模锻件是比较好的选择；而较小尺寸的齿轮有时会和轴一块被制作成整体的毛坯。在制造毛坯时，假如锻件毛坯是自由锻件，加工标准是GB/T15826;如果毛坯是模锻件，那么在加工机械余量时遵循的系统标准为GB/T12362。在加工齿轮毛坯时要注意，锻件的坯料不能出现锻造缺陷，比如裂纹、龟裂、不均匀的晶粒等，依据国家评价锻件的有关标准实施检测。

2.3预备热处理坯料和粗车

齿轮轴所用坯料大部分是优质的合金钢与碳素结构钢，为使材料硬度得到有效增加，方便后期加工处理，进行的热处理方式是正火热处理，也就是采用的正火工艺，其温度达到960摄氏度，空冷，其硬度值在HB170到207之间。采用正火热处理的优点是一方面能够将锻件的晶粒细化，晶体组织达到均匀状态，另一方面是能够将锻造应力效果有效消除掉，方便之后的热处理。粗车工艺目的是为了将坯体表面加工余量切削掉，零件订为所选择的基准决定了坯体表面加工顺序。同时订为基准还会影响到齿轮轴零件自身特征、齿轮轴各个表面精度要求，齿轮轴零件的定位基准一般是轴线，如此既能够达到统一的基准，也能够重合设计的基准。在实际生产里，定位的粗基准是外圆，定位的精基准是齿轮轴两端上的顶尖孔，需要控制误差在尺寸误差五分之一到三分之一之间。在对毛坯进行过预备热处理之后，实施车削或者是铣削两端面（依据画线进行找正），并且要将两端的中心孔钻出，之后可以实施粗车外圆。

2.4精加工外圆

精车加工工艺流程是将齿轮轴位于两端的顶尖孔作为基准，实施外圆精车加工。实际生产中，一般都是批量加工齿轮轴，为了使加工齿轮轴的质量和效率得到有效提升，一般使用的方式是数控车削。利用这种方式是通过程序对所有齿轮轴加工质量进行控制，也能够确保批量加工效率。零件在精车后能够依据所工作的环境和对其的技术要求选择要不要实施调质处理，如此能够为之后的表面渗氮处理与表面淬火打下良好基础，使表面处理的变形得到有效减小。假如设计中提出不需要实施调质处理，就能够直接进行滚齿操作。

2.5加工齿部和花键部

对工程机械传动系统而言，传递力矩与功率的关键零件就是花键与齿轮，要求这两个部位有较高精度。通常情况下，齿轮轴的齿轮采用的精度为7级到9级，齿轮如果达到了9级精度，滚齿刀与插齿刀都能够达到齿轮的精度要求。然而，滚齿刀加工精度要比插齿加工精度高，同样前者的效率也比后者高。假如齿轮达到了8级精度的要求，可能先加工插齿刀或滚齿刀，之后加工桁齿。假如齿轮达到的是7级精度，依据不同的齿轮加工批量大小实施不一样的加工工艺，若齿轮生产是单件或小批量，那么可以先加工滚齿或插齿，之后实施高频感应式的加热淬火和其他一些处理表面的方法，最后利用磨齿加工工艺达到要求的精度；若是加工大批量的齿轮，那么需要先加工滚齿，之后加工剃齿，再之后实施高频感应式加热淬火，最后实施珩磨加工。如果齿轮要求淬火，就需要将图纸要求加工精度的等级提升一级后，在实施加工操作，在淬火后齿轮精度会出现下降，如此之后才能保证满足设计的精度要求。齿轮轴花键通常有两种类型，一种是矩形花键，一种是渐开线花键，如果花键要求高精度，需要使用磨键齿与滚键齿。如今在工程机械中，渐开线花键应用比较广泛，大多使用30度压力角，加工大批量齿轮轴花键的步骤很繁琐，要借助专用铣床实施加工；而加工小批量齿轮轴花键可以用上分度盘，专门技术人员在铣床上实施加工。

2.6齿面硬化处理

齿轮轴表面与重要轴径的表面一般都需要表面处理，其处理方式是表面淬火与渗碳处理。渗碳处理与表面淬火主要为了提高齿轮轴表面耐磨性与硬度，表面淬火可以取得1mm以上的淬火层深度，渗碳处理所使用的渗碳层通常深度是0.8-1.2mm，齿轮轴在经过渗碳处理后，其芯部的塑性、韧性和强度不变,硬度可达HRC58~62。一般情况下，凹槽位置与花键齿位置等不需要实施表面处理，但是要实施进一步精加工，因此在实施表面淬火处理或渗碳之前要在这些部位涂抹上涂料，厚度应该在0.2mm-0.3mm之间。在完成表面处理之后敲击使其脱落，在敲击时要注意力度要小，以免对零件造成损害。在实施淬火处理时，要对冷却介质、冷却速度、温度等因素进行控制，以免产生不良影响。在完成淬火后，要检查有没有出现弯曲和变形，如果出现弯曲现象，应该将其校直到0.05之内，如果变形较大，则需要采取应力处理，以免再次出现变形。另外，在强度检测轮齿危险截面和齿根的圆角相切位置之间，对于一些重要齿轮轴，还需要依据国外相同类型零件要求或者是用户要求对齿心塑性和韧性进行检测[2]。

2.7其他表面的精加工

在对齿轮轴进行过表面处理之后，要研磨其两端顶尖孔，并把研磨后表面当做精基准，磨削齿轮轴其他重要表面和端面。同时也把齿轮轴两端研磨后的顶尖孔当做精基准，精加工凹槽附近重要表面，直至达到设计要求。

2.8精加工齿面的工艺

齿面精加工基准是齿轮轴两端研磨后的顶尖孔，磨削齿面等位置，直到达到设计要求的精度。

3齿轮轴加工工艺流程

在总结生产实践的基础上，可以概括出工程机械中常用输入齿轮轴的工艺流程：（1）下料；（2）锻造；（3）正火处理；（4）粗车，依据工艺附图；（5）精车（使用数控车，依据工艺附图）；（6）粗滚齿与精滚齿；（7）铣花键；（8）去除毛刺；（9）渗碳和淬火处理；（10）校直；（11）研磨中心孔；（12）对重要的外圆表面和端面进行磨削处理；（13）对凹槽附近的外圆等等重要表面实施车削；（14）磨齿；（15）检验合格后入库。齿轮轴的工艺流程与工艺要求是与不断采用改进工艺相伴而生的，逐渐发展出系统化、规范化的新技术和新工艺，并且应用于生产实践齿轮轴中，去报加工齿轮轴的效率与质量，能够为加工相似齿轮轴提供参考。

4结语

分析齿轮轴的加工工艺，要依据装配产品的设计图进行，对齿轮轴的工作环境、用途和性能有所了解，明确其在齿轮中的具体位置、所起作用，对制定各项技术的条件依据进行研究与了解，要找出关键技术和技术要求，从而采取最优工艺措施确保加工齿轮轴的质量。通过分析探讨齿轮轴的各项加工工艺，总结齿轮轴生产实践中加工效率与质量达到最优的加工方案，为加工齿轮轴提供重要技术支持，也能够为加工类似产品提供借鉴。

参考文献：

[1]祁晶，王华，范春仙，等.工程机械中齿轮轴的加工工艺探析[J].中国机械，2015(4)：51-52.

[2]王晓燕.预先热处理对工程机械齿轮材料性能的影响研究[J].热加工工艺，2016(14)：243-246.

[3]刘志鹏.花键齿轮轴的加工工艺及功能用途研究[J].知识经济，2012(11)：81.

作者:祝勇 单位:马鞍山福永智能科技有限公司