車輪鍛件輪齒加工方法詳解

以下是行車輪輪齒加工的主要方法和詳細(xì)流程：

一、 核心加工方法：切齒

切齒是輪齒成型最關(guān)鍵的一步。主要有以下兩大類方法：

1. 成形法 (Form Cutting)

原理：使用切削刃形狀與被加工齒輪齒槽形狀完全相同的成型刀具，逐個(gè)齒槽地進(jìn)行加工。

常用機(jī)床：

銑床：使用指狀銑刀（用于大模數(shù)齒輪）或盤形銑刀在普通銑床上逐齒銑削。加工完一個(gè)齒槽后，分度頭進(jìn)行分度，再銑下一個(gè)齒槽。

刨齒機(jī)：使用成型刨刀進(jìn)行加工。

特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單（可用通用機(jī)床），刀具成本低。

缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率極低，精度較差（分度誤差和刀具誤差會(huì)累積），加工一致性不高。

應(yīng)用：主要用于單件、小批量生產(chǎn)，修配，或加工精度要求不高的齒輪。

2. 展成法 (Generating Method) - 主流方法

原理：模擬一對(duì)齒輪（或齒輪與齒條）的嚙合過程。刀具相當(dāng)于一個(gè)“假想齒輪”，它與工件毛坯按嚴(yán)格的速比嚙合旋轉(zhuǎn)（展成運(yùn)動(dòng)），在運(yùn)動(dòng)過程中，刀具的切削刃包絡(luò)出工件的漸開線齒形。

常用機(jī)床及工藝：

滾齒 (Gear Hobbing)：

刀具：滾刀，外形像一個(gè)蝸桿，沿軸向開有若干條容屑槽，形成切削刃。

原理：滾刀與工件相當(dāng)于蝸桿與齒輪的嚙合。滾刀旋轉(zhuǎn)（主運(yùn)動(dòng)），工件按一定速比隨之旋轉(zhuǎn)（展成運(yùn)動(dòng)），同時(shí)滾刀沿工件軸向進(jìn)給，以加工出全齒寬。

特點(diǎn)：連續(xù)切削，效率高，是加工直齒和斜齒圓柱齒輪最常用的方法。精度可達(dá)很高水平。

插齒 (Gear Shaping)：

刀具：插齒刀，外形像一個(gè)齒輪，切削刃有前角和后角。

原理：插齒刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)），同時(shí)與工件按一定速比嚙合旋轉(zhuǎn)（展成運(yùn)動(dòng)），刀具每完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工件相對(duì)刀具有一個(gè)徑向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，直至達(dá)到全齒深。

特點(diǎn)：可加工滾齒難以加工的內(nèi)齒輪、多聯(lián)齒輪和帶有臺(tái)肩的齒輪。效率通常低于滾齒。

剃齒 (Gear Shaving)：

刀具：剃齒刀，外形是一個(gè)高精度的斜齒輪，齒面上開有許多小槽以形成切削刃。

原理：這是一種精加工工藝。剃齒刀與已加工出的齒輪自由嚙合，在嚙合點(diǎn)處兩者有相對(duì)速度滑移，剃齒刀上的切削刃借此從齒面上刮下極細(xì)的切屑。

特點(diǎn)：用于滾齒或插齒后的精加工，可修正齒形誤差、降低表面粗糙度，提高齒輪的平穩(wěn)性和噪音性能。但不能修正齒距誤差。

磨齒 (Gear Grinding)：

刀具：成型砂輪或碟形砂輪。

原理：最高精度的齒形加工方法。也分成型磨削（使用修整成齒槽形狀的砂輪）和展成磨削（如螺桿砂輪磨齒）。

特點(diǎn)：可加工淬火后的硬齒面齒輪，精度最高，可修正熱處理變形，但成本非常高，效率低。用于航空、汽車變速箱等高精度要求的場(chǎng)合。

珩齒 (Gear Honing)：

原理：與剃齒類似，但使用含有磨料的珩磨輪與齒輪進(jìn)行自由嚙合。用于淬火后齒輪的光整加工，主要目的是降低表面粗糙度，去除毛刺，改善表面應(yīng)力，對(duì)精度修正能力很弱。

二、 完整的輪齒加工工藝流程

以一個(gè)要求較高的汽車齒輪為例，其工藝流程通常是：

下料與鍛造：將棒料鋸切，然后加熱鍛造成齒輪毛坯形狀。

正火：鍛造后對(duì)毛坯進(jìn)行正火處理，以消除鍛造應(yīng)力，均勻化組織，改善切削加工性。

粗車加工：車削外圓、端面、內(nèi)孔等，去除大部分加工余量。

探傷：對(duì)鍛件進(jìn)行超聲波探傷，檢查內(nèi)部是否有裂紋、夾雜等缺陷。

精車加工：以中心孔定位，精加工基準(zhǔn)面（如內(nèi)孔、端面）和齒頂圓等，為后續(xù)齒形加工準(zhǔn)備精確的定位基準(zhǔn)。

滾齒/插齒：在精基準(zhǔn)上定位夾緊，進(jìn)行展成法粗切齒，留出精加工余量。

倒角/去毛刺：對(duì)齒端進(jìn)行倒角，防止后續(xù)熱處理時(shí)應(yīng)力集中和裝配時(shí)磕碰。

熱處理：進(jìn)行滲碳淬火或感應(yīng)淬火，使齒面獲得高硬度和耐磨性，心部保持一定的韌性。

精加工基準(zhǔn)：熱處理后零件會(huì)變形，首先需要磨內(nèi)孔和端面，重新修正定位基準(zhǔn)。

精加工齒形：

剃齒：如果熱處理變形在可控范圍內(nèi)，對(duì)淬火前的齒輪進(jìn)行剃齒作為精加工。

磨齒：對(duì)淬火后硬度高、變形要求嚴(yán)的齒輪，必須采用磨齒作為最終精加工。這是保證超高精度的關(guān)鍵步驟。

珩齒：對(duì)磨齒后的齒輪進(jìn)行光整加工，進(jìn)一步降低噪音。

清洗、最終檢驗(yàn)、上油包裝：使用齒輪測(cè)量中心等設(shè)備對(duì)齒形、齒向、齒距等進(jìn)行100%或抽樣檢測(cè)。

總結(jié)

因此，行車輪鍛件輪齒的加工是一個(gè)集成了鍛造、切削、熱處理等多種技術(shù)的系統(tǒng)工程，其中展成法（尤其是滾齒和磨齒）是現(xiàn)代批量、高精度齒輪制造的核心。