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渗碳淬火的硬齿面重载齿轮在磨齿中的注意事项


01

对渗碳淬火前齿轮齿形的预加工要求


大多数渗碳淬火的齿轮最终通过磨齿加工消除渗碳淬火的热处理变形,而成为高精度硬齿面齿轮,在渗碳淬火前采用磨前滚刀对齿形进行预加工,并保证磨齿中应有的磨齿余量、齿根根切量等参数,以满足磨齿工艺和齿轮制造的要求。青岛齿轮厂家

因此,磨前齿轮的齿形必须满足以下要求:


齿轮的留磨余量要均匀

由于齿轮渗碳淬火后会产生变形而使精度下降,这些变形在以后的磨齿中要全部修正过来,故齿轮留磨量的大小应由渗碳淬火的最大变形来确定。一般来说,最大变形主要与材料的热处理性能、热处理的工艺技术水平、齿轮的结构形式与几何尺寸等因素有关,所以留磨余量要综合考虑以上诸因素。青岛齿轮定做

齿轮在齿根处要有一定量的根切,原因有三:

①磨齿中齿根需要空刀
②从增加齿轮的抗弯强度来说,齿轮齿根处要有一定量的根切。因为渗碳淬火后轮齿齿根部位的残余应力是压应力,这对提高齿轮的抗弯强度十分有利。如果齿根没有一定的根切量,齿根表面再经过加工则会使压应力变成拉应力,根据有关资料的数据表明,这样会使齿轮的抗弯疲劳强度降低约17%~20%。
③从抗断齿能力来说,齿根处要有一定量的根切,齿根没有一定的根切量,精加工是不可避免的在齿根要产生台阶,这将造成较大的应力集中,严重影响抗断齿能力。

磨齿后齿轮的渐开线长度应足够长

由于齿根发生根切,有可能使齿轮的磨后渐开线长度不够,导致齿轮的重合度降低,从而使啮合过程中产生严重的振动和噪音,同时也降低了齿轮承载和均载的能力。因此,磨后齿轮应有足够长度的渐开线,以保证齿轮的平稳传动和在承载中实现均载。青岛齿轮加工

综上所述,磨前对齿轮齿形的预加工的要求,详见图2所示。
图2  磨前预加工齿形示意图

02

磨齿中对磨削部位的要求

磨齿中只允许磨削渐开线的齿形部位

现代硬齿面重载齿轮在磨齿中,只允许磨削渐开线起始圆以上和渐开线终止圆以下的渐开线齿形部分。青岛圆柱齿轮

磨齿中不允许磨削齿根圆齿槽部位

对于内齿圈的齿部不论是中频淬火还是渗碳淬火,不论是内齿还是外齿,在磨齿中不允许磨削齿根圆齿槽部位这一显著的特点,已成为当代硬齿面重载齿轮在磨齿中最为重要的标志和亮点。

磨齿时不允许在齿根处产生凸台、台阶和尖点

在齿根处磨出台阶(见图1),由于台阶处应力集中,砂轮在磨齿时产生的高温,使台阶处硬度降低、强度下降,所以带台阶的齿轮在负荷工作时,将在台阶处产生疲劳裂纹,并逐渐扩展,最终导致齿根断裂而失效。
图1  齿根磨削台阶的形式

4、在齿根和双侧齿面部位,磨削完毕,不允许有磨削裂纹及磨削烧伤存在。在一批齿轮中,要求齿轮100%进行探伤。

5、着色探伤必须在强化喷丸之前进行。


03

磨齿中为什么不允许磨齿根圆齿槽部位

不允许磨削齿根圆齿槽部位具有以下好处:

1、根据国内、外有关资料表明:对硬齿面重载齿轮来说,磨齿中不磨齿根圆齿槽部位的使用寿命为磨齿根圆齿槽部位的1.7~170倍,因此不磨齿根圆齿槽部位的好、

2、把来之不易的齿根圆齿槽部位经渗碳淬火后淬硬的硬化层磨掉是非常可惜的事,降低了齿根圆齿槽部位的硬度,大大降低了齿轮的弯曲疲劳强度。

3、齿轮经强化喷丸后,最大的残余压应力值位于齿面下次表层约0.05mm处,其残余压力应力可高达-800~-1200MPa。齿根圆齿槽部位一旦经过磨削,在齿根处形成的残余压应力则荡然无存,将导致残余压应力变成拉应力,对齿轮抗疲劳长寿命方面带来严重的影响。

4、从抗断齿能力来看,齿根处要有一定量的根切,齿根没有一定的根切量,磨齿时不可避免在齿根产生凸台,这将造成严重的应力集中,对抗断齿能力影响很大,发现凸台是绝对不允许的。

5、齿根圆齿槽部位狭小,散热能力差,以及过度曲线处余量大小变化大,砂轮工装条件差,在磨齿中容易产生磨削烧伤和磨削裂纹。

6、齿根圆齿槽部位磨削条件差,砂轮外圆磨粒容易脱落和磨损,从而影响磨齿质量。

总之,不磨齿根圆齿槽部位可以显著的提高齿轮的疲劳强度和承载能力及使用寿命,避免磨齿损伤,提高磨齿质量,降低磨齿负荷,提高生产率。
04

如何实现不磨齿根圆齿槽部位

1、加工外齿轮时,不磨齿轮齿根齿槽部位必须采用磨前滚刀对齿形进行预加工

磨前滚刀和普通滚刀不同之处在于,磨前滚刀的刀齿顶部采用触角的刀头,在齿轮齿根圆处的展成加工中会产生一定量的根切,是被加工齿轮的齿根部位预先成型,同时将齿面大部分余量切除,在齿形齿厚处均匀需留出磨齿时的余量,以便在磨齿中实现不磨齿根的要求,见图2所示。磨前滚刀齿形见图3所示。
图3 磨前滚刀齿形示意图

2、与以上同理,在加工内齿圈不磨齿根圆部位必须采用磨前插齿刀对齿形进行预加工。

3、对磨前滚刀的选择

磨前滚刀有单圆弧和双圆弧之分。齿根圆角、磨削凸台和齿根表面的加工质量对齿轮弯曲疲劳强度影响很大,在条件许可时,建议采用单圆弧齿根,也即采用单圆弧磨前滚刀进行齿形预加工。

4、对磨前插齿刀的选择
磨前插齿刀和磨前滚刀同理,不在赘述。