機械制造 (9) 軸齒輪套筒零件的加工工藝【嚴選薈萃】

1、9.1 軸類零件的加工概述 9.2 案例2變速箱軸的加工 9.3 齒輪的加工概述 9.4 案例3典型齒輪的加工 9.5 套筒類零件的加工概述 9.5 案例3 軸承套的加工,第9章 軸齒輪套筒零件的加工工藝,9.1軸類零件的加工概述,軸類零件是機器中用來支承齒輪、皮帶輪等傳動零件并傳遞扭矩的零件，是最常見的典型零件之一。軸類零件是旋轉體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面所組成，如圖所示。,（1）合理選擇材料，降低材料費用；,（2）保證良好的工藝性，減少制造費用；,根據(jù)結構形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。加工表面通常除了內外圓表面、

2、圓錐面、螺紋、端面外，還有花鍵、鍵槽、橫向孔、溝槽等。上圖是某階梯軸的零件。,9.1軸類零件的加工概述,9.1.1軸類零件的技術要求分析：,1.加工精度 尺寸精度 軸類零件的尺寸精度主要指軸的直徑尺寸精度和軸長尺寸精度。 幾何精度 指支撐軸頸的圓度、圓柱度等幾何精度提出要求。 2.表面粗糙度 根據(jù)機械的精密程度，運轉速度的高低，軸類零件表面粗糙度要求也不相同。,9.1軸類零件的加工概述,9.1.2軸類零件的材料和毛坯：,軸類零件材料的選取，主要根據(jù)軸的強度、剛度、耐磨性以及制造工藝性而決定，力求經(jīng)濟合理。 常用的軸類零件材料有 35、45、50優(yōu)質碳素鋼，以45鋼應用最為廣泛。 球墨鑄鐵、高強

3、度鑄鐵由于鑄造性能好，且具有減振性能，常在制造外形結構復雜的軸中采用。 軸類零件可根據(jù)使用要求、生產類型、設備條件及結構，選用棒料、鍛件等毛坯形式。 根據(jù)生產規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產多采用自由鍛，大批大量生產時采用模鍛。,9.1軸類零件的加工概述,9.1.3軸類零件的熱處理,鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，減少材料變形，使鋼材內部晶粒細化，消除鍛造應力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 調質一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。 表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。 精度要求高的軸，為減少變形，在局部淬火

4、或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。,9.1軸類零件的加工概述,1車削 軸類零件的主要加工方法是車削加工。它的主要的加工形式有： 荒車 粗車 半精車 精車 精細車 磨削 適用于軸類零件精加工和硬表面的加工 滾壓 4研磨 5超精加工,9.1.4軸類零件常用的加工方法,9.1軸類零件的加工概述,9.1 軸類零件的加工概述,企業(yè)的工藝人員，最終應該設計出符合企業(yè)生產實際的、切實可行的工藝文件。其工作的程序如下： 首先，根據(jù)生產綱領確定生產類型，以便設計相應的工藝過程； 其次，進行軸的工藝性分析； 再次，軸的工藝文件的設計； 最后，設計必要的工藝裝備。 9.2.1 確定生產類型 9.2.2 軸的工藝性分

5、析,3.表面失效,9.2 案例2 變速箱軸的加工,1尺寸精度:外圓軸表面有尺寸精度要求，因此要分粗加工、半精加工和精加工階段；粗加工和半精加工在普通外圓車床上加工，精加工選擇磨床。 2表面粗糙度： 、的外圓軸表面及相應的軸肩的表面粗糙度為0.8，這些表面的表面粗糙度值很小，經(jīng)濟加工方法是磨削加工；在外圓磨床上進行。 3形位精度：圓跳動公差、鍵槽的對程度公差。 4基準分析： 5熱處理要求：圖紙要求調質處理，安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。 6毛坯的選擇：軸類一般有兩種毛坯：棒料和鍛件。該案例的各軸徑相差不大，直接選擇圓鋼棒料。,9.2 案例2 變速箱軸的加工,9.2.3 工

6、藝路線： 下料車端面鉆中心孔粗車調質處理鉗半精車車螺紋銑鍵槽磨外圓檢驗入庫。 9.2.4工藝文件編制： 9.2.5關鍵工藝過程的程序分析： 下料：通常情況下每端留大約2mm左右。 車端面鉆中心孔。 粗車。 鉗：修研兩端中心孔。 半精車，可以使后面的磨外圓工序的切削余量沿直徑方向均勻分布，有利于保證加工精度。 銑鍵槽：鍵槽的深度尺寸，可以通過計算工藝尺寸鏈的方式確定。 磨外圓：該工序主要涉及砂輪型號和磨削用量的選擇。 檢驗：檢驗每一個尺寸，尤其要重點檢驗有尺寸精度和形位公差要的項目，均滿足圖紙要求時，合格。,9.2 案例2 變速箱軸的加工,9.2 案例2 變速箱軸的加工,9.2 案例2 變速箱軸

7、的加工,9.2 案例2 變速箱軸的加工,9.3.1 齒輪的功用和結構特點 齒輪傳動是傳遞機器動力和運動的一種主要形式，是機械傳動中應用最為廣泛的傳動型式之一。 齒輪是由齒圈和輪體組成。齒圈上均布者直齒、斜齒等輪齒，而輪體上有輪輻、輪轂、孔、鍵槽等。 按齒圈上輪齒的分布形式，輪齒可分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪等，按輪體的結構形式，齒輪又分為盤類、齒輪軸、齒條等。 齒輪傳動具有如下特點： 效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動效率為最高，這對大功率傳動有很大的經(jīng)濟意義。 結構緊湊 比帶、鏈傳動所需的空間尺寸小。 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。 工作可靠、壽命長。 速度范圍大。

8、但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。,9.3 齒輪的加工概述,9.3.2 齒輪的技術要求 齒輪制造精度的高低直接影響到機器的工作性能、承載能力、噪聲和使用壽命，因此根據(jù)齒輪的使用要求，對齒輪傳動提出四個方面的精度要求。 傳遞運動的準確性 即要求齒輪在一轉中的轉角誤差不超過一定范圍。 傳遞運動的平穩(wěn)性 即要求齒輪在一齒轉角內的最大轉角誤差在規(guī)定范圍內。 載荷分布的均勻性 要求齒輪工作時齒面接觸良好，并保證有一定的接觸面積和符合要求的接觸位置，以保證載荷分布均勻。 傳動側隙的合理性 要求嚙合輪齒的非工作齒面間留有一定的側隙，方便于存儲潤滑油，補償彈性變形和熱

9、變形及齒輪的制造安裝誤差。 國家標準 GB1009588漸開線圓柱齒輪精度對齒輪、齒輪副規(guī)定了12個精度等級，其中第一級最高，第 12級最低。,9.3 齒輪的加工概述,9.3.3 齒輪的材料、熱處理和毛坯 齒輪應按照使用時的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的選擇對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。 速度較高的齒輪傳動，齒面容易產生疲勞點蝕，應選擇齒面硬度較高而硬層較厚的材料；有沖擊載荷的齒輪傳動，輪齒容易折斷，應選擇韌性較好的材料；低速重載的齒輪傳動，輪齒容易折斷，齒面易磨損，應選擇機械強度大，齒面硬度高的材料。 45鋼熱處理后有較好的綜合機械性能。經(jīng)過正火或調質可改善金相組織和材料的可

10、切削性，適合于機床行業(yè)，7級精度以下的齒輪。 40Cr是中碳合金鋼，和45鋼相比，少量鉻合金的加入可以使金屬晶粒細化，提高強度、改善淬透性，減少了淬火時的變形。 使齒輪獲得高的齒面硬度而心部又有足夠韌性和教高的抗彎曲疲勞強度的方法是滲碳淬火，一般選用低碳合金鋼 ， 38CrMoAlA氮化鋼經(jīng)氮化處理后，比滲碳淬火的齒輪具有更高的耐磨性與耐腐蝕性，變形很小，可以不磨齒，所以綜合成本低，多用來作為高速傳動中需要耐磨的齒輪材料。 鑄鐵容易鑄成復雜的形狀，容易切削，成本低，但其抗彎強度、耐沖擊和耐磨性能差。故常用于受力不大、無沖擊、低速的齒輪。,9.3 齒輪的加工概述,有色金屬作為齒輪材料的有黃銅、青

11、銅和鋁合金 非金屬材料中的夾布膠木、尼龍、塑料也常用于制造齒輪。這些材料具有易加工、傳動噪聲小、耐磨、減振性好等優(yōu)點，使用于輕載、需減振、低噪聲、潤滑條件差的場合。 鋼料齒坯最常用的熱處理為正火或調質。正火安排在鑄造或鍛造之后，切削加工之前。 對于棒料齒坯，正火或調質一般安排在粗車之后，這樣可以消除粗車形成的內應力。 輪齒常用的熱處理為高頻淬火、滲碳、氮化、真空淬火等。 高頻淬火可以形成比普通淬火稍高硬度的表層，并保持了心部的強度與韌性。 滲碳可以使齒輪在淬火后表面具有高硬度且耐磨，心部依然保持一定的強度和較高的韌性。 氮化是將齒輪置于氨氣中并加熱到520-560，使活性氮原子滲入輪齒表面層，

12、形成硬度很高的氮化物薄層。 在齒輪生產中，熱處理質量對齒輪加工精度和表面粗糙度以及使用壽命影響很大。,9.3 齒輪的加工概述,9.3.4 齒輪毛坯的制造 齒輪毛坯的選擇取決于齒輪的材料、結構形式與尺寸、使用條件和生產批量等因素，毛坯形式主要有下料件、鍛件、鑄件。下料件用于小尺寸、結構簡單而且對強度要求低的齒輪。鍛件多用于齒輪要求強度高、耐沖擊和耐磨。當齒輪較大時，常用鑄造方法鑄造齒坯。為了減少機械加工量，對大尺寸、低精度齒輪，可以直接鑄出輪齒；壓力鑄造，精密鑄造、粉末冶金、熱扎和冷擠等新工藝，可制造出具有輪齒的齒坯等新工藝，可制造出具有輪齒的齒坯，以提高勞動生產率，節(jié)約原材料。 齒坯加工，在齒

13、輪的整個加工過程中占有重要的位置。齒輪的孔、端面或外圓常作為齒形加工的定位、測量和裝配的基準，其加工精度對整個齒輪的精度有著重要的影響。另外，齒坯加工在齒輪加工總工時中占有較大的比例，因此齒坯加工在整個齒輪加工中占有重要的地位。,9.3 齒輪的加工概述,9.3.5 齒輪的加工方法 齒輪齒形的加工原理 齒圈上的齒形加工是整個齒輪加工的核心。 齒形加工方法可分為無屑加工和切削加工兩類。齒形切削加工加工精度高，應用廣，按照加工原理，可分為成形法和展成法。 （1）成形法 成形法采用與被加工齒輪斷面齒槽形狀相同的刀刃的成形刀具，在齒坯上加工成齒形的方法來進行加工，成形銑削一般在普通銑床上進行， （2）展

14、成法 展成法加工齒輪是利用齒輪嚙合原理進行的，即把齒輪副（齒條-齒輪或齒輪-齒輪）中的一個制作為刀具，另一個則為工件，并強制刀具和工件作嚴格的嚙合運動而展成切出齒廓。利用展成法，同一模數(shù)和齒形角而齒數(shù)不同的齒輪可以用同一把刀具加工，這是展成法的突出特點，并且展成法加工的精度和效率都較高。,9.3 齒輪的加工概述,2. 齒形加工方法 （1）滾齒加工 它是應用一對螺旋圓柱齒輪的嚙合原理進行加工的。所用刀具稱為齒輪滾刀。常用的滾刀為漸開線滾刀，即滾刀的基本蝸桿的螺紋表面是漸開線螺旋面。這種滾刀可以切出理論上完全理想的漸開線齒形。但這種滾刀制造及檢查很困難， 生產中很少采用。通常采用近似造形方法，如采

15、用阿基米得基本蝸桿滾刀和法向直廓基本蝸桿滾刀。 滾齒是齒形加工中生產率較高、應用最廣的一種加工方法。滾齒加工通用性好，既可加工圓柱齒輪，又可加工蝸輪；既可加工漸開線齒形又可加工圓弧、擺線等齒形；既可加工小模數(shù)、小直徑齒輪，又可加工大模數(shù)、大直徑齒輪。 （2）插齒加工 加工原理是展成法原理。它用來加工內、外嚙合的圓柱齒輪，尤其適合于加工內齒輪和多聯(lián)齒輪，這是滾齒機無法加工的。裝上附件，插齒機還能加工齒條,9.3 齒輪的加工概述,9.3.6齒輪的加工工藝分析 齒坯加工方案 齒坯加工工藝方案主要取決于齒輪的輪體結構，技術要求和生產類型。齒坯加工的主要內容有：齒坯的孔、端面、頂尖孔（軸類齒輪）以及齒圈

16、外圓和端面的加工。對于軸類齒輪和套筒齒輪的齒坯，其加工過程和一般軸、套類基本相同，以下主要討論盤類齒輪齒坯的加工工藝方案。 單件小批生產的齒坯加工 一般齒坯的孔、端面及外圓的粗、精加工都在通用車床上經(jīng)兩次裝夾完成，但必須注意將孔和基準端面的精加工在一次裝夾內完成，以保證位置精度，這一點一定要注意。 成批生產的齒坯加工 成批生產齒坯時，經(jīng)常采用“車拉車”的工藝方案。 大批量生產的齒坯加工 大批量生產，應采用高生產率的機床和高效專用夾具加工。在加工中等尺寸齒輪齒坯時，均多采用“鉆拉多刀車”的工藝方案 。,9.3 齒輪的加工概述, 齒形加工方案 主要取決于齒輪的精度等級，結構形狀、生產類型和齒輪的熱

17、處理方法及生產工廠的現(xiàn)有條件，對于不同精度等級的齒輪，常用的齒形加工方案如下： 8級或8級精度以下的齒輪加工方案： 對于不淬硬的齒輪用滾齒或插齒即可滿足加工要求；對于淬硬齒輪可采用滾（或插）齒端加工齒面熱處理修正內孔的加工方案。 6-7級精度的齒輪。對于淬硬齒面的齒輪可以采用滾（插）齒齒端加工表面淬火-校正基準磨齒，這種方案加工精度穩(wěn)定；也可以采用滾（插）剃齒或冷擠表面淬火校正基準-內嚙合珩齒的加工方案，此方案加工精度穩(wěn)定，生產率高。 5級精度以上的齒輪。一般采用粗滾齒-精滾齒-表面淬火-校正基準粗磨齒-精磨齒的加工方案。大批量生產時也可采用粗磨齒-精磨齒-表面淬火-校正基準-磨削外珩自動線的

18、加工方案。 另外，由于新技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有了更多的加工方法。其中電火花線切割是很成熟的一種了，但這種加工方法加工出的齒輪粗糙度不高。,9.3 齒輪的加工概述,9.4 案例3典型齒輪的加工,9.4.1調質熱處理的齒輪, 工藝路線： 下料鍛造正火粗加工調質滾齒插鍵槽檢驗。 工藝過程：見表9-2,9.4 案例3典型齒輪的加工,關鍵工序分析： 這種齒輪滾齒工序有時也可用插齒或銑齒來代替，但效率較低。這個零件由于齒輪總寬只有27毫米，所以用三爪卡盤夾持，只要保證內圓和左端面一次裝夾加工即可，這樣，滾齒的基準就可以保證精度了；如果齒輪總寬較大，可采用一夾一頂?shù)亩ㄎ环椒?，像齒輪軸這樣的零件。但加工時

19、要保證齒輪軸的定位軸徑和定位端面要一次裝夾加工，目的同樣是為了保證滾齒的基準精度。 如果是在不重要的場合，也可以不經(jīng)過鍛造工序。如果對耐磨性要求不高時，也可省略調質工序，。如果對耐磨性要求很高，也可以用高頻淬火或者氮化來提高齒面的硬度，滿足硬度要求，但滾齒精度必須提高一些。以抵消熱處理工序的精度損失。但需要注意的是，氮化層很薄，一般不能再磨削了，否則硬化層就太薄了,9.4 案例3典型齒輪的加工,9.4 案例3典型齒輪的加工,9.4.2 表面淬火齒輪, 工藝路線： 下料鍛造正火粗加工精加工檢驗滾齒齒部高頻淬火插鍵槽磨內孔及端面磨齒檢驗。 2. 工藝過程見表9-3,9.4 案例3典型齒輪的加工,關

20、鍵工序分析 這種精度的齒輪只能采用高頻淬火，不能采用氮化、真空淬火的方式，否則鍵槽無法加工。鍵槽加工應放在高頻淬火后，保證鍵槽的精度。 高頻淬火前，有公差要求的地方，都要留后道工序的加工余量，加工余量的大小要根據(jù)高頻淬火的工藝水平，可盡量小一些，這樣能提高加工效率，節(jié)約加工成本。 同上例，這個零件由于齒輪總寬小，所以在第九道、第十道工序時可用三爪卡盤夾持磨，找正內圓和磨端面，這樣，磨齒的基準就可以保證精度了。,9.4 案例3典型齒輪的加工,9.4.3齒面須經(jīng)滲碳或滲氮的齒輪 工藝路線： 毛坯制造一正火一齒坯粗加工一正火或調質一齒坯半精加工一齒面粗加工一滲碳或滲氮一齒坯半精加工一齒面半精加工一淬

21、火一齒坯精加工一齒面精加工。,2. 工藝過程見表9-4,9.4 案例3典型齒輪的加工, 關鍵工序分析： 這種齒輪往往用在非常重要的地方，所以對材料內部要求很高，第一次探傷檢查材料內部是否有缺陷，第二次探傷，是檢查輪齒表面是否有顯微裂紋，因為熱處理硬度太高或者熱處理工藝問題都會引起輪齒在磨削后產生顯微裂紋，這些裂紋在實際工況條件下，會產生斷齒等問題。處理的方法，如果齒輪還有余量的話，用很小的進刀量慢慢磨掉裂紋，這些裂紋一般很淺，如果沒有余量，只有報廢了.,9.5.1套筒類零件的功用與結構特點 套筒類零件是機械中常見的一種零件，如支承旋轉軸的各種形式的滑動軸承、夾具上引導刀具的導向套、內燃機氣缸套

22、、液壓系統(tǒng)中的液壓缸以及一般用途的套筒，如圖9-11 所示。其結構的共同點為：零件的主要表面為同軸度要求較高的內外圓表面；內孔與外圓直徑之差較小， 故壁薄易變形較小，零件壁的厚度較薄且易變形；零件長度一般大于直徑等。,9.5 套筒類零件的加工概述,9.5.2套筒類零件技術要求 套筒類零件的外圓表面多以過盈或過渡配合形式與機架或箱體孔配合起支承作用。內孔主要起導向作用或支承作用，常與運動軸、主軸、活塞、滑閥相配合。根據(jù)使用情況可對套筒類零件的外圓與內孔提出如下要求： 1.內孔與外圓的精度要求 外圓直徑精度通常為 IT5IT7, 表面粗糙度 Ra 為 5m0.63m,要求較高的可達0.04m； 內

23、孔作為套類零件支承或導向的主要表面，要求 內孔尺寸精度一般為 IT6IT7 。 2.幾何形狀精度要求 通常將外圓與內孔的幾何形狀精度控制在直徑公差以內即可； 對精密軸套有時控制在孔徑公差的 1/21/3 ， 甚至更嚴。 3.位置精度要求 主要應根據(jù)套類零件在機器中功用和要求而定。如果內孔的最終加工是在套筒裝配（如機座或箱體等）之后進行時，可降低對套筒內、外圓表面的同軸度要求；如果內孔的最終加工是在裝配之前進行時，則同軸度要求較高。 定位或承受載荷或不承受載荷但加工時是作為定位基準面時，對端面與外圓和內孔軸心線的垂直度要求較高，一般為 0.050.02m. 。,9.5 套筒類零件的加工概述,9.

24、5.3套筒類零件的材料、毛坯及熱處理 套筒類零件毛坯材料的選擇主要取決于零件的功能要求、結構特點及使用時的工作條件。 套筒類零件一般用鋼、鑄鐵、青銅或黃銅和粉末冶金等材料制成。有些特殊采用雙層金屬結構或優(yōu)質合金鋼。 套類零件的毛坯制造方式的選擇與毛坯結構尺寸、材料、和生產批量的大小等因素有關?？讖捷^大時，常采用型材、帶孔的鍛件或鑄件；孔徑較小時，一般多選擇熱軋或冷拉棒料，也可采用實心鑄件；大批大量生產時，可采用冷擠壓、粉末冶金等先進工藝。 套筒類零件的功能要求和結構特點決定了套筒類零件的熱處理方法有滲碳淬火、表面淬火、調質、高溫時效及滲氮。 9.5.4套筒類零件的工藝分析 套筒類零件的加工表面主要有端面、外圓表面、內圓（孔）表面。端面和外圓加工，通常在車床上進行，相對比較容易。內圓（孔）與外圓相比，孔加工的難度較大，加工同樣尺寸精度的內孔和外圓時，則孔加工比較困難，往往需要較多的工序。 常用的孔加工方法有：鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、拉孔、磨孔