齿轮精密锻造的诸多优点 来源：下载淘金网    发布时间：2025-12-19 22:47:46

详细介绍

  

  齿轮精密锻造在近几十年来有很大的发展，慢慢的变多的制造厂家和用户重视用锻造的方法制造齿轮。一致认为，用锻造的方法，能大大的提升材料的利用率，提高生产率，提高齿轮的机械性能，减少相关成本和增强市场竞争力。尤其对用于汽车工业的大规模生产，齿轮精密锻造具有更大的效益和潜力。

  尽管齿轮精密锻造有诸多优点，并已用于锥齿轮的规模生产，但距应用于一定尺寸的圆柱直齿轮和斜齿轮的规模生产还有一段距离。特别是应用于汽车动力传动的齿轮，还要建立一套实用和可靠的生产工艺流程，才能为厂家所接受。

  古代的齿轮是用手工修锉成形的。1540年，意大利的托里亚诺在制造钟表时，制成一台使用旋转锉刀的切齿装置；1783年，法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮加工机床，并有切削齿条和内齿轮的附件；1820年前后，英国的怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加工圆锥齿轮的机床。具有这一性能的机床到19世纪后半叶又有发展。

  采用多齿廓成形刀具时，在一个工作循环中即可加工出全部齿槽，生产率很高，但刀具制造复杂，仅用于大量生产中。

  把齿轮啮合副（齿条——齿轮、齿轮——齿轮）中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。

  范成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关。

  齿轮加工机床大致上可以分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床大多数都用在加工各种圆柱齿轮、齿条、蜗轮。常用的有滚齿机，插齿机、铣齿机、剃齿机等。

  每一种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮；加工时能连续分度，加工精度和生产率一般比较高，应用广泛。

  此法必须在专门的齿轮机床上加工 ，而且机床的调整、刀具的制造和刃磨都很复杂，通常用于成批大量生产

  按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为两大类：圆柱齿轮加工机床—滚齿机、插齿机、车齿机等

  直齿锥齿轮拉铣机是在一把大直径的拉铣刀盘的一转中，从实体轮坯上用成形法切出一个齿槽的机床。它是锥齿轮切削加工机床中生产率最高的机床，由于刀具复杂，价格昂贵，而且每种工件都需要专用刀盘，只适用于大批大量生产。机床一般都带有自动上下料装置。

  弧齿锥齿轮铣齿机以弧齿锥齿轮铣刀盘，按展成法粗、精加工弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的机床，有精切机、粗切机和拉齿机等变型。

  1884年，美国的比尔格拉姆发明了采用单刨刀按展成法加工的直齿锥齿轮刨齿机；1900年，美国的比尔设计了双刀盘铣削直齿锥齿轮的机床。

  40年代，为适应航空工业的需要，发展了弧齿锥齿轮磨齿机。1944年，瑞士厄利康公司制成延长外摆线年代起，又发展了用双刀体组合式端面铣刀盘，加工延长外摆线齿锥齿轮的铣齿机。

  弧齿锥齿轮磨齿机是用于磨削淬硬的弧齿锥齿轮，以提高精度和光洁程度的机床，其结构与弧齿锥齿轮铣齿机相似，但以砂轮代替铣刀盘，并装有砂轮修整器，也可磨削准双曲面齿轮。

  利用延长外摆线齿锥齿轮铣刀盘，或双刀体组合式端面铣刀盘，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，摇台铣刀盘和工件均作连续旋转运动，同时摇台作进给运动加工一个工件摇台往复一次。铣刀盘和工件的连续旋转使工件获得一定齿数的连续分度，并形成齿长曲线。摇台的旋转和工件的附加运动结合起来，产生展成运动，使工件获得齿形曲线年，英国的惠特沃思获得蜗轮滚齿机的专利；1858年，席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利；以后经多次改进，至1897年德国的普福特制成带差动机构的滚齿机，才圆满解决了加工斜齿轮的问题。在制成齿轮形插齿刀后，美国的费洛斯于1897年制成了插齿机。

  二十世纪初，由于汽车工业的需要，各种磨齿机相继问世。1930年左右在美国制成剃齿机；1956年制成珩齿机。60年代以后，现代技术在一些先进的圆柱齿轮加工机床上获得应用，比如在大型机床上采用数字显示指示移动量和切齿深度；在滚齿机、插齿机和磨齿机上采用电子伺服系统和数控系统代替物理运动链和交换齿轮；用设有故障诊断功能的可编程序控制器，控制工作循环和变换切削参数；发展了数字控制非圆齿轮插齿机和适应控制滚齿机；在滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差，并自动反馈补偿误差等。

  锥齿轮加工机床——加工直齿锥齿轮：刨齿机、铣齿机、拉齿机。加工弧齿锥齿轮：铣齿机。加工齿线形状为延伸渐开线：锥齿轮铣齿机。精加工齿轮齿面：珩齿机、剃齿机和磨齿机。

  是用滚刀按展成法粗、精加工直齿、斜齿、人字齿轮和蜗轮等，加工范围广，可达到高精度或高生产率；插齿机是用插齿刀按展成法加工直齿、斜齿齿轮和其他齿形件，大多数都用在加工多联齿轮和内齿轮；铣齿机是用成形铣刀按分度法加工，大多数都用在加工特殊齿形的仪表齿轮；剃齿机是用齿轮式剃齿刀精加工齿轮的一种高效机床；磨齿机是用砂轮，精加工淬硬圆柱齿轮或齿轮刀具齿面的高精度机床；珩齿机是利用珩轮与被加工齿轮的自由啮合，消除淬硬齿轮毛刺和其他齿面缺陷的机床；挤齿机是利用高硬度无切削刃的挤轮与工件的自由啮合，将齿面上的微小不平碾光，以提高精度和光洁程度的机床；齿轮倒角机是对内外啮合的滑移齿轮的齿端部倒圆的机床，是生产齿轮变速箱和其他齿轮移换机构必不可少的加工设施。圆柱齿轮加工机床还包括齿轮热轧机和齿轮冷轧机等。

  齿轮精密锻造技术源于德国。早在50年代，由于缺乏足够的齿轮加工机床德国人开始用闭式热模锻的方法试制锥齿轮。其中的主要特征是使用了当时很新的电火花加工工艺来制造锻模的型腔。另外还对锻造工艺过程进行了严格地控制。此基础上，齿轮锻造技术进一步应用到螺旋锥齿轮和圆柱齿轮的生产。但是圆柱齿轮锻造中，由于金属材料的塑性流动方向与其受力方向垂直，所以其齿形比锥齿轮更难形成。60年代开始圆柱齿轮的锻造研究，70年代有较大的发展，这主要是受到来自汽车工业减少相关成本的压力。80年代，锻造技术更成熟，能达到更高的精度和一致性，使锻造生产齿轮能在流水生产线上准确定位，适合于批量生产。

  由于项目要求寻求一适合工厂实用的生产途径，该研究选用一高速率、单动单曲柄机械压机。由于锻件被加热，一定要考虑材料的热膨胀和冷收缩以及模具的变形，为此采用有限元作精确计算。此外还用有元对锻造过程模拟，以保证锻件精度。实验表明，850℃～950℃之间锻造钢齿轮，误差可控制在0105mm范围内。

  直齿锥齿轮刨齿机是以成对刨齿刀按展成法粗、精加工直齿锥齿轮的机床，有的机床还能刨制斜齿锥齿轮，在中小批量生产中应用最广。

  使用两把刀齿交错的铣刀盘，按展成法铣削同一齿槽中的左右两齿面，生产效率较高，适用于成批生产。由于铣刀盘与工件无齿长方向的相对运动，铣出的齿槽底部呈圆弧形，加工模数和齿宽均受到限制。这种机床也可配以自动上下料装置，实现单机自动化。

  一个是铣刀的旋转B1，一个铣刀沿齿坯的轴向移动A。两个都是简单运动。铣完一个齿后，铣刀返回原位，齿坯作分度运动——转过360/z（z是被加工齿轮的齿数），然后再铣下一个齿槽，直至全部齿被铣削完毕。

  缺点：1.对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不一样的成形刀具；

  母线（渐开线）:采用成形法，机床不需要表面成形运动。形成导线（直线）:相切法。机床需要两个成形运动。

  目前，比较一致认同的工艺途径为热锻、温锻和冷锻的结合。热锻、温锻可实现高效能和材料的高利用率，冷锻过程则修正热、温锻过程的误差和提高表面上的质量。同时，冷处理工艺还能使轮齿表面获得残余压应力，提高齿轮的寿命。

  机械工程学院完成了一项由英国工程科学研究协会(EPSRC资助)，与英国的7家企业(齿轮制造，模具制造，齿轮用户，锻造厂以及钢铁公司)合作的3年研究课题：圆柱直齿轮和斜齿轮精密锻造。该项目在多年研究和实践的基础上，进一步探讨齿轮锻造的机理，利用现代的分析手段，如计算机模拟和设计技术，旨在开发一种生产和经济上可行的锻造加工技术，制造出在齿形上不再需要后续加工的精密齿轮。该项目研究和试验了圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮和同步齿轮等3种齿轮。考虑到整一个完整的过程的经济性，精密锻造只限于轮廓部分，而齿端和内孔等部分，则采用切削加工。制造工艺为温锻加冷处理，由温锻获得满足形状要求的齿轮，并在轮廓部分留有011mm左右的余量。冷处理过程中，把温锻后的齿轮挤压通过一精密设计和制造的模具，从而修正轮廓部分的误差，获得高精度的齿形表面。研究过程中，有限元方法被用来分析锻造过程，设计模具，来保证齿轮的精度。经过3年的研究，已经掌握其基本技术，下一步将进行工厂现场试验。同时正在准备申报该项目的第二阶段研究。

  锥齿轮加工机床的配套设备有磨削铣刀盘和拉刀盘刀刃的磨刀机，配研成对锥齿轮的研齿机，检验成对锥齿轮啮合接触情况的锥齿轮滚动检查机和防止齿部热处理变形的淬火压床等。

  应用最广泛的齿轮加工机床，多数是立式。加工： 直齿、斜齿的外啮合圆柱齿轮、蜗轮卧式滚齿机，用于仪表工业中加工小模数齿轮和在一般机械制造业中加工轴齿轮、花键轴等。

  齿轮加工机床大范围的应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中。

  齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部的机床。齿轮加工机床的品种规格繁多，有加工几毫米直径齿轮的小型机床，加工十几米直径齿轮的大型机床，还有大量生产用的高效机床和加工精密齿轮的高精度机床。

  由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来将这对啮合传动副中的一个齿轮的齿数减少到几个或一个，螺旋角β增大到很大（即螺旋升角ω很小），它就成了蜗杆。再将蜗杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。

  齿轮加工机床大致上可以分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床大多数都用在加工各种圆柱齿轮、齿条、蜗轮。常用的有滚齿机，插齿机、铣齿机、剃齿机等。

  准渐开线齿锥齿轮铣齿机用锥度滚刀，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，锥度滚刀首先以大端切削，然后以它较小直径的一端切削，为保证整个切削过程中切削速度一致，机床靠无级变速装置控制滚刀转速在切齿时，摇台、滚刀和工件均作连续旋转运动，加工一个工件，摇台往复一次。摇台和工件的旋转通过差动机构产生展成运动，使工件获得沿齿长为等高的齿形曲线。

  锻造过程中保持静止，锻造后把齿轮顶出型腔。芯棒此处与冲头连成一体，用来帮助毛坯的定位。由于型腔在锻造过程中与锻件一起运动，型腔与锻件之间的摩擦力将有利于金属流动，所需载荷也比型腔固定时低。

  齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部的机床。齿轮加工机床的品种规格繁多，有加工几毫米直径齿轮的小型机床，加工十几米直径齿轮的大型机床，还有大量生产用的高效机床和加工精密齿轮的高精度机床。齿轮加工机床大范围的应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中。

  齿轮精密锻造的目的直接生产出不需要后续切削加工的齿轮。如果能在室温下进行锻造，则齿轮的形状和尺寸较易控制，也可避免高温带来的误差。目前已有较多的锥齿轮和小尺寸的圆柱齿轮用这种方法制作而成。当整体尺寸适合时，还可以用冷挤压的工艺来制造圆柱直、斜齿轮。但大部分用于汽车传动的齿轮，其直径、高度比较大，不适合采用挤压工艺。如用闭式模锻，则需要很高的压力才能使金属材料流动并充满模具型腔，因而此类齿轮需要采用热锻或温锻工艺。而高温将带来材料的氧化，模具畸变，影响锻件的精度和表面上的质量。用附加的切削加工来修正这些误差难度较大，还要增加成本。特别是当使用后续磨削工艺来修正齿形上的误差，除增加成本和延长工时外，还存在磨削工艺中齿轮的定位问题。