一体式锥齿轮的加工方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及齿轮的制造方法，尤其涉及一种一体式锥齿轮的加工方法。
【背景技术】
[0003] 锥齿轮也叫伞齿轮，具有负荷承载力强、噪音低与润滑性好等优点，被广泛应用于 工业传动设备、车辆差速器、机车、船舶、电厂、钢厂与铁路轨道检测等。
[0004] 锥齿轮以前是在锥齿轮专机上加工，但因刀具(铣刀盘和砂轮盘）退刀等问题，无 法加工一体式锥齿轮，通常是把锥齿轮与光轴分开加工，再把锥齿轮与光轴烘装在一起，但 是采用与光轴烘装在一起的锥齿轮，相比于一体式的锥齿轮，其整体结构的稳定性会受到 影响，同时，在烘装过程中必然也存在精度误差，影响锥齿轮的整体精度，且加工较为繁琐， 大大降低了其生产效率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服以上的不足，提供一种结构稳定性好，且加工精度高的一 体式锥齿轮的加工方法。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一体式锥齿轮的加工方法，包括以下步 骤： A、 备料：锻造毛坯，将毛坯正火升温到930°C后保温3小时，在空气中冷却到室内温度， 再升温到680°C后保温3小时，最后将所得工件在空气中冷却到室温； B、 将步骤A中锻造后的毛坯两端划钻中心孔，选用B5中心孔； C、 粗车见光：将步骤B中所得工件装夹在车床上，车刀车工件的齿轮体、齿轮轴的各阶 台外圆，车掉工件表面氧化皮即可，保留到最大尺寸，得到一体式锥齿轮粗车体； D、 探伤：将步骤C中粗车后的一体式锥齿轮粗车体用超声波进行探伤检测，使之探伤 后的工件缺陷容许< Φ 2mm，底波降低量< 6dB，工件不产生延伸缺陷与密集缺陷区； E、 热处理：将步骤C中探伤合格后的一体式锥齿轮粗车体进行正火升温到930°C后保 温3小时，在空气中冷却到室内温度，再升温到680°C后保温3小时，最后将所得工件在空气 中冷却到室温，使其布氏硬度达到HB215~235 ; F、 粗车：在车床上搭中心架，将步骤E热处理后的一体式锥齿轮粗车体装夹在车床上， 进一步通过车工件齿轮体、齿轮轴的各台阶外圆和长度，单边留5mm余量，修两端中心孔， 并从中切取有本体试样1与本体试样2 ; G、 毛坯复验：将步骤F中的本体试样1进行化学成分、晶粒度、非金属夹杂物的复验，同 时将本体试样2做机械性能的复验； H、 半精车：将通过步骤G中复验合格后的一体式锥齿轮毛坯件装夹在车床上，在车床 上搭中心架，车一体式锥齿轮齿轮轴、齿轮体各阶台的外圆和长度，单边留3mm余量，车面 锥、背锥、前锥到成品，修两端中心孔，得到一体式锥齿轮半精车品； I、 粗铣齿：将经步骤H中得到的一体式锥齿轮半精车品装夹在铣床上，机床分度头装 夹齿轮背锥方向轴颈，采用专用工装顶住工件面锥方向的中心孔，棒铣刀沿着预先设定好 的路径对一体式锥齿轮半精品进行粗铣加工，中点分度圆弦齿厚预留精铣齿量到1mm，其齿 底以圆弧R过渡，并铣到成品，齿根以沉深圆弧R过渡； J、 倒角：将步骤I中粗铣齿后的一体式锥齿轮进行倒角，分别对齿廓与齿顶进行倒角， 齿廓倒角1. 5X45°，齿顶倒圆角Rl ; K、 热处理：将步骤J中倒角后的一体式锥齿轮齿面进行渗碳淬火，除齿牙外其余部份 涂防渗碳层，防渗碳层的厚度为0. 3_，将经过涂抹防身碳层的一体式锥齿轮进行高温处 理，温度保持在920~930°C并保温8小时，然后在空气中冷却至400~500°C，再升温到 820~830°C保温4小时后进行油淬，油温为60°C，使得渗碳淬火后齿面硬度为HRC56~60， 芯部硬度为HRC30~42 ; L、 喷丸：将步骤K中热处理后的工件齿面采用2. 5mm的铁砂进行喷丸处理，使之喷丸后 的齿面硬度为HRC58~62,喷丸选用2. 5mm的铁砂； M、 精车：将步骤L中喷丸后的一体锥齿轮装夹在车床上，车床卡装夹背锥方向轴颈， 专用工装的直柄顶尖顶面锥方向轴颈中心孔，车刀车齿轮轴、齿轮体各阶台的外圆，单边留 0. 3mm余量，端面留0. 2mm余量，并修两端中心孔； N、 粗磨：将步骤M中精车后的工件装夹外圆磨床，双顶一体式锥齿轮中心孔，粗磨齿轮 轴、齿轮体各阶台的外圆，单边留〇. 15mm余量，磨削长度到成品； 〇:精铣齿：将步骤N中粗磨后的一体式锥齿轮装夹，分度头装夹齿轮背锥方向轴颈， 用专用工装顶住工件面锥方向的中心孔，对左右齿面进行精加工，中点齿厚加工到成品，齿 底和齿根不用加工； P :着色滚检：将步骤〇中精铣齿后的齿轮与相配对的齿轮进行着色，使得在轻载时啮 合区域中长度方向占总齿宽的43%~47%，高度方向占全齿高的50%，接触位置在啮合区域 的中部偏锥齿轮小端； Q :检测：将步骤P中着色滚检后的成品锥齿轮送齿轮检测仪检测其齿部精度，并进行 磁粉探伤，使之工件探伤后线性缺陷< 〇. 5,圆形缺陷< 0. 1 ; R :精磨：将步骤Q中检测后的工件进行精磨，精磨工件各阶台外圆到成品； S :终检：将步骤R中精磨后的工件进行终检，检验各尺寸精度，并做好记录。
[0007] 采用上述技术方案，本发明中，步骤C中氧化皮为钢铁在高温下发生氧化作用而 形成的腐蚀产物，如果不去除将严重影响工件质量；步骤F与步骤G中的本体试样1与本体 试样2分别用于化学成分、夹杂物与机械受力性能的复验，符合材料测验的合理性；步骤I 中点分度圆弦齿厚预留精铣齿量到1mm，为后续精铣齿的加工做准备；步骤J中，锥齿轮的 齿顶倒圆角，能避免棱角刮伤其它设备或者人员，防止应力集中与啮合干涉；步骤L中喷丸 处理，提高齿疲劳强度和消除热处理应力；步骤P中，接触区域有大小、位置要求，接触区比 例过小，传递的扭矩达不到要求，比例过大，加载后会出现啮合干涉，容易断齿，设定啮合区 域中长度方向占总齿宽的43%~47%，高度方向占全齿高的50%时，能解决该问题；接触位 置，若靠近锥齿轮大端，加载后会延伸出齿面之外，无法满足传扭，啮合处载荷增大，齿面容 易点蚀、脱落，固设定接触位置在啮合区域的中部偏锥齿轮小端。
[0008] 优选的，在步骤0中，装配时，分度头装夹齿轮背锥方向轴颈，用工装顶住工件面 锥方向的中心孔，找正跳动值< 0.01，并找正其上母线和侧母线跳动值< 0.01，采用工装 顶尖配合中心孔进行装配，装夹简单、牢固，通过对跳动值限定为<0.01，能确保工件夹持 的水平性。
[0009] 本方法在步骤I、M与0中采用专用于一体式锥齿轮加工工装，采用该工装可以实 现高精度、效率高的一体式锥齿轮的加工，该工装包括直柄顶尖、尾座和顶尖支架；所述的 直柄顶尖与顶尖支架为可拆卸式连接，所述尾座与顶尖支架之间为可拆卸式连接；所述直 柄顶尖包括顶尖头及顶尖体，所述顶尖头呈圆锥体；所述顶尖体安装在顶尖支架上；所述 尾座包括上端面、下端面，上端面与下端面之间通过支撑梁链接，且上、下两个端面平行；所 述顶尖支架安装在尾座的上端面上，所述直柄顶尖轴线与所加工的锥齿轮轴的轴线位于同 一水平线上，通过设置专用工装用于锥齿轮的加工，不仅装夹方便、牢固，而且工装结构简 单、合理。使用时，将该工装是与分度头一同固定在机床工作台上，使得分度头的机身回转 轴的轴线与直柄顶尖的轴线位于同一水平线上，分度头卡爪夹住锥齿轮背锥方向的轴颈， 直柄顶尖的顶尖头顶住锥齿轮面锥方向的轴颈中心孔。棒铣刀沿预先设定好的路径对锥齿 轮体进行加工。
[0010] 具体地，本发明所述的技术方案其尾座的上端面设有贯通的槽体，顶尖支架底座 前后两端均设置有与该槽体相匹配的定位槽，所述槽体的槽底中线与直柄顶尖轴线平行。 安装时，紧固螺栓穿过定位槽将顶尖支架固定尾座上。
[0011] 本技术方案中的顶尖头与顶尖体可进行一体设计，顶尖体前端安装有顶尖轴套， 顶尖体的尾端设有环形限位槽，顶尖体中端设有滑动限位槽；顶尖轴套与顶尖体之间设有 若干角接触球轴承，顶尖轴套前端固定连接有端盖，端盖与顶尖体