李黨育

(南陽理工學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，河南南陽473000)

螺旋錐齒輪廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、機(jī)床設(shè)備等行業(yè),隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)其傳動(dòng)平穩(wěn)性、重載能力、高速性能、低噪聲、長(zhǎng)壽命提出了更高要求.螺旋錐齒輪磨齒技術(shù)可以減小齒輪切齒加工誤差,消除齒輪淬火熱處理變形,獲得合理的齒面形狀和精度,精度等級(jí)可以達(dá)到5～6級(jí),齒面粗糙度能達(dá)到Ra＝0.4～1.6 μm,噪聲低于75 dB,顯著提高齒輪的承載能力、有效齒輪控制噪聲和延長(zhǎng)使用壽命.

由于CNC技術(shù)的發(fā)展,美國(guó)Gleason公司開發(fā)出Phoenix系列CNC螺旋錐齒輪磨齒機(jī)以及相應(yīng)的磨削技術(shù),磨削螺旋錐齒輪的單件時(shí)間已和切齒時(shí)間相當(dāng),磨齒效率大大提高,特別是利用瓦古利(Waguri)方法磨削成形法加工螺旋錐齒輪被動(dòng)齒輪,使得在大批量生產(chǎn)汽車后橋齒輪的汽車行業(yè)中應(yīng)用磨齒工藝愈來愈廣泛.采用磨齒工藝代表了螺旋錐齒輪加工技術(shù)的發(fā)展趨向.

1 設(shè)備、砂輪及加工方法

1.1 設(shè)備

PhoenixⅠ螺旋錐齒輪數(shù)控磨齒機(jī)結(jié)構(gòu)上基本上是模擬機(jī)械型錐齒輪加工機(jī)床,但是取消了機(jī)床所有的傳動(dòng)鏈和調(diào)整機(jī)構(gòu).齒輪在加工過程中,用計(jì)算機(jī)直接控制各軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng),齒面的形成取決于刀具和工件的相對(duì)位置與運(yùn)動(dòng),由3個(gè)平動(dòng)軸(X、Y、Z)和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A、B、C)確定:X、Y軸是垂直于刀具主軸線的水平軸和垂直軸；Z軸是平行于刀具主軸線的水平軸；A軸是工件主軸；B軸是工件箱回轉(zhuǎn)軸,與Y軸平行；C軸是刀具主軸回轉(zhuǎn)軸,見圖1.X軸和Y軸聯(lián)動(dòng)可以模擬搖臺(tái)的滾動(dòng),B軸調(diào)整刀具軸線和工件軸線相對(duì)角度,在齒輪加工過程中通過改變B軸的角度可以模擬刀傾機(jī)構(gòu)的功能,通過改變產(chǎn)形輪與工件之間的滾比實(shí)現(xiàn)變性機(jī)構(gòu)的功能.在實(shí)際加工時(shí),通過X、Y、Z、A及B五個(gè)軸的聯(lián)動(dòng)控制刀具和工件之間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)螺旋錐齒輪的加工.另外,對(duì)于磨齒機(jī)還有D軸是砂輪修整器裝置,由控制器控制進(jìn)行砂輪修整[1].

PhoenixⅡ螺旋錐齒輪磨齒機(jī)的最突出特點(diǎn)是采用整體式立柱結(jié)構(gòu),在立柱互成90°的兩個(gè)側(cè)面上布置工件箱和刀具箱[2],見圖2.相對(duì)于PhoenixⅠ機(jī)床,刀具和工件安裝位置互換,采用刀具主軸繞B軸回轉(zhuǎn)擺動(dòng)替代并取消了工件主軸箱回轉(zhuǎn)工作臺(tái),縮小刀具與工件因結(jié)構(gòu)所致的懸伸量,大大增強(qiáng)機(jī)床的剛性和熱穩(wěn)定性,同時(shí)占地面積減小30%以上.雖然機(jī)床結(jié)構(gòu)完全不同,但是PhoenixⅠ和Ⅱ機(jī)床在保證砂輪和工件在磨齒過程中的相對(duì)位置關(guān)系不變這一基本原則上是保持不變的.

在螺旋錐齒輪的磨齒加工過程中,將不同加工時(shí)刻砂輪和工件之間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系運(yùn)用矢量變換的方法轉(zhuǎn)換到機(jī)床,利用數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能將離散點(diǎn)進(jìn)行擬合,然后控制各數(shù)控軸的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)磨齒加工.在所有的切削時(shí)段完成以后,齒坯上留下砂輪切削刃的包絡(luò)面,就是加工出的工件齒面.在Phoenix機(jī)床中已經(jīng)嵌入了代碼生成軟件,用戶只需輸入齒輪加工計(jì)算軟件計(jì)算的基本機(jī)床調(diào)整參數(shù),設(shè)備即可自動(dòng)生成數(shù)控加工代碼.

本文研究?jī)?nèi)容依托Phoenix 800G磨齒機(jī),采用HFT方法生產(chǎn)某汽車后橋主被動(dòng)錐齒輪(準(zhǔn)雙曲面錐齒輪),齒輪采用22CrMo材料,滲碳淬火處理,齒面硬度將達(dá)到58～62 HRC.表1是Phoenix 800G磨齒機(jī)主要技術(shù)規(guī)格.

1.2 磨齒工藝

螺旋錐齒輪是按照“假想平頂產(chǎn)形輪”切齒原理進(jìn)行加工的,通過假想平頂產(chǎn)形輪與被加工工件的無隙嚙合,代表產(chǎn)形輪輪齒的刀齒切削刃就在被切齒輪的齒坯上加工出齒形[3].數(shù)控螺旋錐齒輪磨齒機(jī)的加工原理相同,砂輪旋轉(zhuǎn)形成的圓錐面代表假想產(chǎn)形齒輪的一個(gè)輪齒.

表1 Phoenix 800G設(shè)備技術(shù)規(guī)格

對(duì)于展成法加工的小輪和大輪,可以采用直口杯砂輪(straight cup wheel)磨削,見圖3.杯形砂輪具有需要的截面形狀,砂輪圍繞相當(dāng)于機(jī)床砂輪主軸軸線作主切削運(yùn)動(dòng),砂輪的磨削表面就是產(chǎn)形輪的產(chǎn)形齒面,適用磨削節(jié)錐角小于70°以下的齒輪.

在大批量生產(chǎn)螺旋錐齒輪的汽車行業(yè)中,為提高生產(chǎn)效率,當(dāng)i≥2.5時(shí)錐齒輪副的大輪都采用成形法來加工.磨削成形法大輪時(shí),如果采用直口杯砂輪按照成形法直接磨齒,則砂輪切削面與輪齒齒面在齒長(zhǎng)方向上全齒面接觸,不僅產(chǎn)生很大的磨削力,而且冷卻液無法進(jìn)入磨削區(qū)域,將會(huì)造成齒面燒傷.目前主要采用瓦古利(Waguri)偏心機(jī)構(gòu)磨齒方法來解決這個(gè)難題.

瓦古利方法采用帶有偏心的磨削主軸來磨削成形法大輪,即砂輪主軸被安裝在一個(gè)偏心量約0.1 mm的主軸中,當(dāng)砂輪主軸圍繞其偏心主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),砂輪在齒槽中交替地在齒槽凸面和凹面上進(jìn)行磨削,砂輪和齒槽齒面產(chǎn)生間隙式的磨削[4],見圖4.偏心量為冷卻液和磨屑提供附加的間隙,這樣冷卻液就可以進(jìn)入被磨削齒面進(jìn)行冷卻,并對(duì)砂輪提供潤(rùn)滑,消散了加工過程中產(chǎn)生的熱量使磨削齒面不會(huì)發(fā)生燒傷,同時(shí)可以達(dá)到最大的磨削進(jìn)給量和金屬切除率.瓦古利方法磨齒可以直接采用直口杯砂輪進(jìn)行磨齒,可以不用價(jià)格較貴的擴(kuò)口杯砂輪,但是機(jī)床需要增加一套轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu).利用瓦古利機(jī)構(gòu)磨削成形法大輪時(shí),調(diào)整好砂輪和工件之間的相對(duì)位置后,無需各軸的聯(lián)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)磨削加工.

1.3 砂輪

Phoenix螺旋錐齒輪磨齒機(jī)所用的砂輪可用CBN磨輪(立方氮化硼磨輪)和美國(guó)NORTON公司的SG砂輪(微晶陶瓷氧化鋁砂輪),其中SG砂輪最為常用.SG砂輪是用粉末冶金方法熔煉而成的陶瓷氧化鋁晶體砂輪,它比普通氧化鋁砂輪硬且韌性好,切削速度可達(dá)到1 700 m/min.SG砂輪砂輪體粘接在鋼制連接盤上,以提高砂輪整體剛度來提升砂輪磨削性能.SG砂輪生產(chǎn)效率非常高,通常一次循環(huán)或者少量的循環(huán)就能將齒輪磨好,雖然價(jià)格比普通氧化鋁砂輪高,但平均到每個(gè)齒輪上的加工費(fèi)用很低.

磨齒砂輪的截面形狀直接決定了磨齒后齒面齒形,從而影響齒輪的接觸狀況和傳動(dòng)特性.把磨齒機(jī)床的調(diào)整和砂輪的修整綜合在一起會(huì)更加有效地調(diào)整實(shí)際齒面接觸情況,從而獲得合理的理論齒面和接觸區(qū).圖5是單切外面砂輪截面形狀.

圖5中項(xiàng)目如下(序號(hào)為Phoenix機(jī)床調(diào)整卡項(xiàng)目序號(hào)):

D01 Spread blade/ob/ib 雙面/外切(凹面)/內(nèi)切(凸面)刀盤選擇,雙面刀盤、外切單面刀、內(nèi)切單面刀.

D02 Wheel diameter 砂輪直徑,對(duì)于雙面刀為名義直徑,單面刀為刀尖直徑,取值范圍35～360 mm.

D03 Point width 刀頂寬度,取值范圍0.25～8 mm,對(duì)于雙面刀為刀錯(cuò)距,對(duì)單面刀為刀頂寬,取值范圍0.25～8 mm.

D04 Outside pressure angle外刀壓力角,取值范圍3°～50°.

D05 Inside pressure angle 內(nèi)刀壓力角,取值范圍3°～50°.

D06 Outside prof radius of curv 砂輪外刀曲率半徑,用于直口杯砂輪修整切削刃口母線的形狀,若輸入0,則刃口為直線.若要使齒面有鼓形,輸入正值,修整后的砂輪刃口呈凹形,可以改變小輪齒面曲率,使齒面凸形,值越大,砂輪刃口母線曲率改變?cè)斤@著.若輸入負(fù)值,刃口母線變?yōu)橥馔骨€,使齒面凹形.取值范圍-9 999～9 999 mm.

D07 Inside prof radius of CURV 砂輪內(nèi)刀曲率半徑.

D08 Outside edge radius 外刀刀尖圓角半徑,砂輪外切削刃口與頂刃連接圓角半徑,取值范圍0～8 mm.

D09 Inside edge radius 內(nèi)刀刀尖圓角半徑.

D10 Top angle 頂刃角度,砂輪實(shí)際頂刃與砂輪理論形成頂面的夾角,取值范圍0～45°.

D11 Grinding depth磨削深度,平行于砂輪軸線方向上砂輪頂面到被修整末尾的距離,一般必須大于輪齒大端全齒深,取值范圍3～27 mm.

D12 Wheel tip advance砂輪尖點(diǎn)推進(jìn),砂輪實(shí)際頂刃與砂輪理論形成頂面的距離,修正全齒深,取值范圍-3～3 mm.

D13 Chamter angle 倒角,砂輪根部倒角,一般取 20°.

D18 Outside toprem depth外刀凸角深度,避免小輪根部與大輪齒頂發(fā)生干涉,使接觸區(qū)齒頂脫開,取值范圍0～10 mm.

D19 Outside toprem radius 外切凸角半徑,凸角與刃口母線夾角圓角半徑,取值范圍0～9 999 mm.

D20 Inside toprem depth內(nèi)切凸角深度.

D21 Inside toprem radius 內(nèi)切凸角半徑.

D22 Outside flankrem depth 外刀修頂深度,沿齒高方向齒頂修緣深度,對(duì)于收縮齒一般不應(yīng)用,取值范圍0～10 mm.

D23 Outside flankrem radius 外刀修頂半徑,修頂凸角與刃口母線夾角圓角半徑,取值范圍0～9 999 mm.

D24 Inside flankrem depth 內(nèi)刀修頂深度.

D25 Inside flankrem radius 內(nèi)刀修頂半徑.

另外,砂輪高度通過下面項(xiàng)目輸入:

18 Wheel heigh 砂輪高度,更換砂輪后或調(diào)整卡后輸入,取值范圍100～254 mm.

2 磨齒工藝

2.1 磨齒工藝參數(shù)

2.1.1 磨削參數(shù)

Phoenix 800G磨齒機(jī)主要磨齒磨削參數(shù)通過下面項(xiàng)目調(diào)整:

15 Wheel direction 砂輪旋向,CW(clock wise)順時(shí)針方向,適用左旋齒輪,CCW(clock wise)反時(shí)針方向,適用于右旋齒輪.

20 Wheel surface speed砂輪線速度,取值范圍0.5～27.9 m/s.中等模數(shù)的弧齒磨削速度采用15～25 m/s,這樣加工效率較高,齒面表面粗糙度值較小.

50 Roll direction滾切方向,砂輪切入后的滾動(dòng)方向,通常采用由小端切入到大端切出,即toe to heel.

60 Start roll rate搖臺(tái)滾動(dòng)速度,磨削進(jìn)給角速度,取值范圍(0～40)°/s,一般采用(5～8)°/s.

Rgh metal rem.Rate(mm2/s)粗加工金屬去除面積(mm2/s).

Fin metal rem.Rate(mm2/s)精加工金屬去除面積(mm2/s).

金屬去除面積指單位時(shí)間內(nèi)被磨除的齒輪表面的面積,Gleason公司推薦在粗磨時(shí)控制為10～12 mm2/s,精磨時(shí)為4～5 mm2/s.磨削模數(shù)較大的弧齒,工件不易變形和產(chǎn)生振動(dòng),磨削時(shí)可采用較大的磨削量.

2.1.2 成形法磨削參數(shù)

利用瓦古利機(jī)構(gòu)磨削成形法大輪時(shí),調(diào)整好砂輪和工件之間的相對(duì)位置后,無需各軸的聯(lián)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)磨削加工.床鞍移動(dòng)到起始進(jìn)給位置,然后分三次進(jìn)給到全齒深后,砂輪短暫停留后退出分齒.磨削參數(shù)通過下面調(diào)整卡項(xiàng)目完成:

PL 05 1st feed position第一次進(jìn)給的位置,一般取0.7-～1mm.

PL06 2nd feed position第二次進(jìn)給位置,一般取0.5～0.8mm.

PL07 1st plunge feed rate第一次進(jìn)入時(shí)進(jìn)給速度,取180～200 mm/min.

PL08 2nd plunge feed rate第二次進(jìn)入時(shí)進(jìn)給速度,取20～35 mm/min.

PL09End plunge feed rate結(jié)束時(shí)進(jìn)入的進(jìn)給速度,取8～12 mm/min.

PL10 Feed dwell time-sec進(jìn)給停留時(shí)間,取0.18～0.20 s.

2.1.3 磨削余量

當(dāng)使用雙面法磨齒時(shí),輪齒的兩側(cè)面是同時(shí)磨削的,而輪齒齒厚取決于砂輪厚度和工件前進(jìn)到砂輪的深度.當(dāng)使用單面法時(shí),輪齒兩側(cè)面分別進(jìn)行磨齒.磨削余量的確定依靠余量分配的方法,回轉(zhuǎn)的齒輪與球狀實(shí)心式余量分配器接觸,調(diào)整輪齒兩側(cè)磨削余量相等.對(duì)于雙面法,單側(cè)側(cè)面余量0.075～0.10 mm.對(duì)于單面法,余量應(yīng)選擇在0.05～0.20 mm.較小的磨削量有利于提高加工精度和減小表面粗糙度值.

2.1.4 砂輪修整參數(shù)

Phoenix 800G采用安裝在工件軸臺(tái)上的數(shù)控砂輪修整裝置控制金剛石滾輪對(duì)SG砂輪的修正,可以方便地根據(jù)齒面修形的需要將砂輪修成各種形狀.圖6是機(jī)床修整砂輪實(shí)景.金剛滾輪的直徑一般接近砂輪直徑的40%并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選擇使用.

砂輪修整時(shí),精修砂輪每次修整進(jìn)給增量為0.05～0.1 mm,而砂輪每轉(zhuǎn)的修整移動(dòng)速度通常為0.1～0.2 mm.粗修砂輪每次修整進(jìn)給增量為0.5 mm,而砂輪每轉(zhuǎn)的修整移動(dòng)速度通常為0.05 mm.同時(shí)通過下面項(xiàng)目輸入修整輪與砂輪線速度之比:

D46Dress SURF.speed ratio 修整輪與砂輪線速度之比.

該值表示滾輪線速度與砂輪線速度之比,值有正負(fù)之分,正值表示砂輪與滾輪旋向相反,接觸點(diǎn)處線速度同向(見圖7),修整砂輪磨削力小,砂輪鋒利,工件表面粗糙度好；負(fù)值表示砂輪與滾輪旋向相同,接觸點(diǎn)處線速度反向,修整砂輪磨削力大,砂輪刃鈍.滾輪的轉(zhuǎn)速(r/min)一般是砂輪轉(zhuǎn)速的1.5倍.Gleason公司推薦精修砂輪取正值,范圍0.6～0.8；粗修砂輪取負(fù)值,范圍-0.7～0.6.

在砂輪修整前,為提高機(jī)床效率,減少金剛滾輪的消耗,砂輪先經(jīng)車削加工出一定的形狀,然后在磨齒機(jī)上采用粗修金剛滾輪進(jìn)行粗修,最后再用精修滾輪精修出所需要的砂輪形狀.在修砂輪時(shí)可以有意識(shí)地增大砂輪非工作面的壓力角(與對(duì)應(yīng)齒面不發(fā)生干涉),可以縮短修正時(shí)間,減少砂輪的修正量,延長(zhǎng)砂輪壽命.

2.1.5 砂輪磨損補(bǔ)償

磨齒過程中,砂輪磨損脫落造成齒厚逐漸變化,特別是第1個(gè)齒磨削時(shí)砂輪最為鋒利磨損也最快,導(dǎo)致最后一個(gè)齒磨好后,與其相鄰的第一個(gè)齒之間產(chǎn)生較大誤差.在滾動(dòng)檢查時(shí),可以發(fā)現(xiàn)第一齒和最后齒的接觸印痕長(zhǎng)短有明顯區(qū)別.采用成形法磨削加工大輪時(shí)砂輪磨損最為明顯.為解決問題,首先確定砂輪磨損量,一般在齒輪測(cè)量中心進(jìn)行測(cè)量,得到最后一個(gè)齒與第一個(gè)齒的齒距誤差值Δt,再根據(jù)差值計(jì)算出在齒深方向上的補(bǔ)償量Δh＝Δt/sinα(α為法向壓力角),然后通過下面調(diào)整卡項(xiàng)目進(jìn)行補(bǔ)償:

D70 Whl wear correction-axial 砂輪軸向磨損補(bǔ)償,取值Δh.

D71 NO.of teeth for fast wear 砂輪快速磨損加工的齒數(shù),取值1.

D72 Percen total fast wear快速磨損齒數(shù)所占的百分比,取值1/Z.

其中:Z為齒輪齒數(shù).補(bǔ)償?shù)脑瓌t是隨著砂輪磨損的變化,在工件齒高方向上進(jìn)行補(bǔ)償,相對(duì)理論全齒深多進(jìn)(或少進(jìn))一個(gè)Δh/(Z-1)距離,以達(dá)到補(bǔ)償效果.

如果主動(dòng)輪齒數(shù)較多(例如17齒),同樣會(huì)出現(xiàn)砂輪磨損脫落的問題,可以進(jìn)行工件圓周方向補(bǔ)償.補(bǔ)償?shù)脑瓌t是隨著砂輪磨損的變化,在工件分齒方向上進(jìn)行補(bǔ)償,相對(duì)理論齒距多轉(zhuǎn)(或少轉(zhuǎn))一個(gè)Δt/(Z-1)位置,以達(dá)到補(bǔ)償效果.首先通過測(cè)量得到齒距誤差值Δt,然后通過下面調(diào)整卡項(xiàng)目進(jìn)行補(bǔ)償:

D75 Whl wear correc-wrk rot 砂輪在工件旋轉(zhuǎn)方向磨損補(bǔ)償,取值Δt.

D76 NO.teeth for fast wear 砂輪快速磨損加工的齒數(shù),取值1.

D77 Percen total fast wear 快速磨損齒數(shù)所占的百分比,取值1/Z.

由于在使用雙面磨削大輪時(shí),砂輪兩側(cè)面磨損量也是不一定相等的,在這種情況下,也可以應(yīng)用D75～D77項(xiàng)在工件旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行補(bǔ)償.

2.2 磨齒燒傷與裂紋

磨齒時(shí)砂輪的切削速度很高,砂輪與輪齒的接觸面積較小,產(chǎn)生的熱量在接觸區(qū)域形成很高的溫度,如果冷卻條件不好,輪齒表面的金相組織發(fā)生回火現(xiàn)象,在工件表面部位出現(xiàn)氧化變色現(xiàn)象,產(chǎn)生磨削燒傷.齒輪磨削過程中,砂輪磨粒對(duì)材料擠壓塑性變形產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力,磨削熱產(chǎn)生的相變應(yīng)力和熱應(yīng)力,以及熱處理殘余應(yīng)力的綜合結(jié)果形成齒輪磨削表面殘余應(yīng)力,當(dāng)表面拉應(yīng)力在磨削過程中超過齒輪材料表面的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生磨削裂紋[5].

燒傷層金屬的硬度比淬火的金屬母體硬度低,將導(dǎo)致齒面過早地磨損.而裂紋有時(shí)磨完齒后就會(huì)顯現(xiàn),有時(shí)侯是磨削一段時(shí)間后顯現(xiàn).常見齒面裂紋有兩種:一種裂紋呈從齒頂向齒根方向延伸的短線交替分布在齒面上,裂紋深度一般在0.05～0.30 mm,將導(dǎo)致齒根彎曲疲勞折斷；另一種裂紋呈魚鱗狀網(wǎng)狀分布,鱗狀裂紋深度在0.20～0.50 mm,將會(huì)導(dǎo)致齒面剝落.影響磨齒燒傷的因素有材料、砂輪、磨削用量、冷卻等諸多因素.

2.2.1 熱處理的影響

(1)殘余奧氏體 磨削燒傷和裂紋的產(chǎn)生主要原因就是熱處理殘余奧氏體由于磨削熱而發(fā)生的組織變化,因此熱處理殘余奧氏體量應(yīng)控制在30%以內(nèi),奧氏體針小于0.02 mm.

(2)滲層碳濃度 滲碳層碳濃度過高,在滲碳層組織中容易形成網(wǎng)狀碳化物或過多的游離碳化物,組織極硬,在磨削過程中可能出現(xiàn)局部過熱傾向和發(fā)生表面回火；同時(shí)滲層碳濃度過高,會(huì)使輪齒表面產(chǎn)生過多的殘余奧氏體,從而導(dǎo)致燒傷和裂紋.因此表面碳濃度增加,將降低磨削性能.一般表面碳濃度應(yīng)控制在0.75%～0.95%.

(3)碳化物分布及形態(tài) 碳化物分布應(yīng)均勻,形態(tài)呈球狀、粒狀或小塊狀,不允許出現(xiàn)網(wǎng)狀或大塊碳化物.

另外,熱處理時(shí),表面或環(huán)境保護(hù)不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生表面氧化,在齒面上會(huì)產(chǎn)生一層薄的脫碳層.脫碳層較軟,磨削時(shí)會(huì)引起砂輪過載或過熱,從而造成表面回火.在保證硬度的前提下,應(yīng)適當(dāng)降低淬火速度,淬火速度過快容易產(chǎn)生鱗狀裂紋；同時(shí)回火溫度盡可能高,回火時(shí)間盡可能長(zhǎng),使淬火馬氏體得到充分轉(zhuǎn)變,提高滲碳淬硬表面的塑性,消除殘余應(yīng)力,改善表面應(yīng)力的分布狀況,降低出現(xiàn)磨齒裂紋的機(jī)率.

2.2.2 磨削用量的影響

(1)磨齒切深 磨齒切深過大會(huì)產(chǎn)生過多的磨削熱,從而導(dǎo)致磨齒損傷.為盡可能減小磨齒切深,可以:①減少熱處理變形；②淬火后按齒形精確找正,以便齒面余量磨削分布均勻；③多次磨削.

(2)磨削參數(shù) 磨齒時(shí)產(chǎn)生的熱量大致與砂輪單位時(shí)間內(nèi)的金屬磨除率成正比,特別是用成形法磨齒時(shí)砂輪的整個(gè)齒形會(huì)同時(shí)參加工作,同時(shí)切除的余量較多,因此為了避免磨齒損傷,必要時(shí)適當(dāng)減小切深,降低進(jìn)給速度.

2.2.3 冷卻的影響

在磨削時(shí),由于齒槽根部較窄冷卻液不易進(jìn)入,注意調(diào)整冷卻噴嘴以30°～40°的角度貼近砂輪,見圖8,確保砂輪把磨削液充分帶到磨削區(qū)域,最大程度地帶走切削熱,減小熱應(yīng)力.過濾冷卻液清除冷卻液中的切屑、磨粒等臟物,保持冷卻液的純凈；冷卻液的容器要足夠大,避免摻入過多的氣體或泡沫,防止冷卻液的溫度急劇升高或降低.Phoenix 800G采用Oberlin過濾系統(tǒng)和Hansen冷卻系統(tǒng),冷卻油采用美孚446號(hào)冷卻油,閃點(diǎn)202℃,容量2 270 L.

2.2.4 磨削燒傷與裂紋的檢測(cè)

磨齒燒傷的檢測(cè)依據(jù)GB/T 17879-1999《齒輪磨削后表面回火的侵蝕檢驗(yàn)》,采用化學(xué)侵蝕法,即利用硝酸或鹽酸溶液腐蝕齒輪,觀察齒面顏色的變化來判定燒傷級(jí)別.磨齒后必須檢查是否產(chǎn)生裂紋,可用下列方法之一進(jìn)行檢查:①磁粉探傷；②熒光滲透探傷；③著色滲透探傷.

2.3 比例修正

磨齒加工與銑齒加工保持一致,可以減小齒輪齒面的磨削余量,并且使齒面的磨削余量更加均勻.齒輪生產(chǎn)廠家積累了大量的齒輪銑齒加工機(jī)床調(diào)整數(shù)據(jù),將銑齒加工機(jī)床調(diào)整數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到數(shù)控磨齒機(jī)是常用的生產(chǎn)實(shí)踐方法,可以參考相關(guān)文獻(xiàn).

表2 Phoenix磨齒機(jī)比例修正參數(shù)

螺旋錐齒輪副接觸區(qū)是重要質(zhì)量控制目標(biāo),接觸區(qū)的長(zhǎng)度、寬度、位置、形狀對(duì)齒輪產(chǎn)生噪音的大小、承載后接觸區(qū)的分布起著至關(guān)重要的作用.在實(shí)際加工過程中,為了指導(dǎo)操作人員根據(jù)滾動(dòng)檢查機(jī)的接觸區(qū)狀況,準(zhǔn)確地改變齒輪副嚙合接觸區(qū)的大小、位置和方向(實(shí)質(zhì)上是修正輪齒齒形的螺旋角、壓力角、齒廓曲率、齒長(zhǎng)曲率誤差等),Gleason切齒計(jì)算卡給出4組或5組機(jī)床調(diào)整參數(shù)各修正量之間的比例關(guān)系,用于磨齒機(jī)床的調(diào)整.表2是某型號(hào)汽車后橋齒輪HFT加工方法Phoenix磨齒機(jī)比例修正參數(shù)表.

磨齒機(jī)加工齒輪時(shí),由于砂輪形狀可以修整成任意形狀,因此在接觸區(qū)修正中具有更大的靈活性,方便接觸區(qū)的調(diào)整.表3列舉了Phoenix磨齒機(jī)接觸區(qū)修正方法.

表3 Phoenix磨齒機(jī)接觸區(qū)修正方法

2.4 磨齒效果

齒輪經(jīng)過磨齒后,齒輪的精度可大幅提高,其主要技術(shù)指標(biāo)詳見表4.

裝車路試測(cè)試時(shí)加速至70 km/h,在車內(nèi)車橋正上方350 mm處,用聲級(jí)計(jì)測(cè)量加速和帶擋滑行時(shí)的噪音,加速最大噪聲為80～85 dB,帶擋滑行噪音為75～85 dB,低于國(guó)內(nèi)未磨齒齒輪產(chǎn)品15 dB以上.

表4 磨齒工藝加工齒輪技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

3 結(jié)語

通過螺旋錐齒輪磨削工藝技術(shù)的研究,基本明確了影響磨齒質(zhì)量的磨削工藝參數(shù)、齒面磨削燒傷與裂紋產(chǎn)生機(jī)理及防治方法,掌握了砂輪修整工藝技術(shù)、砂輪磨損補(bǔ)償及接觸區(qū)比例修正技術(shù).運(yùn)用本研究成果生產(chǎn)的螺旋錐齒輪精度等級(jí)達(dá)到5～6級(jí),齒面粗糙度能達(dá)到Ra0.4～1.6 μm,噪聲低于75 dB.