工程機械的齒輪軸加工工藝探究論文
摘要：在我國經濟快速發展的當下，擴大了基礎建設規模，也隨之提高了工程機械的需求量。在工程機械中，齒輪軸是支撐式迴轉零件，有著非常重要的作用，能夠達到齒輪和其他零件的迴轉，同時也能夠在較長距離上傳遞動力與力矩，其主要優點是結構緊湊、有較長的使用壽命和較高的傳動效率，廣泛應用於工程機械中，在很大程度上關係著工程機械的正產執行。本文主要針對工程機械中齒輪軸的具體加工工藝進行了分析研究。
關鍵詞：工程機械；齒輪軸；加工工藝
在我國當前提高工程機械需要量的情況下，必須重視工程機械中齒輪軸的加工工藝。透過研究其加工工藝，再實踐對其進行完善和最佳化，從而提高齒輪軸的使用壽命，更好地建設基礎設施。齒輪軸的加工工藝主要涉及選擇何種製作材料、滾齒的工藝引數、安裝工裝夾具、熱處理方式等等，透過探究具體的加工工藝為改良提供技術支援。
1齒輪軸的零件結構
為了更好地分析齒輪軸的加工工藝，以某種裝載機輸入性齒輪軸為例進行分析。這種齒輪軸是階梯軸型別的零件，如圖1所示，由不同形式幾何實體與幾何表面組成，包括了齒輪、環槽、凹槽、軸肩、圓弧面、圓柱面、花鍵等。齒輪軸精度的要求較高，加工輸入式齒輪有比較大的難度，必須正確選擇與分析加工齒輪時的一些問題，比如齒形加工、熱處理、基準、材料選擇等等，從而保證齒輪軸批次加工的質量和數量都達到要求。比如一種經典的齒輪軸即輸入齒輪軸，大多數的輸入齒輪軸外圓的表面尺寸要達到IT6~8級的精度，其表面的粗糙度應該在Ra1.6到6.3之間，其位置精度一般是尺寸精度的三分之一到五分之一之間，齒輪精度等級是八級。
2齒輪軸的具體加工工藝
2.1選擇齒輪軸製作材料
應用在傳動機械裡的齒輪軸，一般情況下使用的製作材料是較為優質的碳素鋼，使用型號是45鋼、20CrMnTi和40Cr型合金鋼[1]。通常選擇齒輪軸製作材料的要求是價格適宜，具有較好的耐磨效能，並且能夠達到材料對強度的要求。
2.2加工齒輪軸毛坯
因為對齒輪軸有比較高的.強度要求，為此在機械加工中直接使用圓鋼，會消耗比較大的勞動量與材料，因此一般坯料使用的是鍛件。如果加工的齒輪軸尺寸比較大，自由鍛是比較好的選擇；如果齒輪軸尺寸是中小型的，模鍛件是比較好的選擇；而較小尺寸的齒輪有時會和軸一塊被製作成整體的毛坯。在製造毛坯時，假如鍛件毛坯是自由鍛件，加工標準是GB/T15826;如果毛坯是模鍛件，那麼在加工機械餘量時遵循的系統標準為GB/T12362。在加工齒輪毛坯時要注意，鍛件的坯料不能出現鍛造缺陷，比如裂紋、龜裂、不均勻的晶粒等，依據國家評價鍛件的有關標準實施檢測。
2.3預備熱處理坯料和粗車
齒輪軸所用坯料大部分是優質的合金鋼與碳素結構鋼，為使材料硬度得到有效增加，方便後期加工處理，進行的熱處理方式是正火熱處理，也就是採用的正火工藝，其溫度達到960攝氏度，空冷，其硬度值在HB170到207之間。採用正火熱處理的優點是一方面能夠將鍛件的晶粒細化，晶體組織達到均勻狀態，另一方面是能夠將鍛造應力效果有效消除掉，方便之後的熱處理。粗車工藝目的是為了將坯體表面加工餘量切削掉，零件訂為所選擇的基準決定了坯體表面加工順序。同時訂為基準還會影響到齒輪軸零件自身特徵、齒輪軸各個表面精度要求，齒輪軸零件的定位基準一般是軸線，如此既能夠達到統一的基準，也能夠重合設計的基準。在實際生產裡，定位的粗基準是外圓，定位的精基準是齒輪軸兩端上的頂尖孔，需要控制誤差在尺寸誤差五分之一到三分之一之間。在對毛坯進行過預備熱處理之後，實施車削或者是銑削兩端面（依據畫線進行找正），並且要將兩端的中心孔鑽出，之後可以實施粗車外圓。
2.4精加工外圓
精車加工工藝流程是將齒輪軸位於兩端的頂尖孔作為基準，實施外圓精車加工。實際生產中，一般都是批次加工齒輪軸，為了使加工齒輪軸的質量和效率得到有效提升，一般使用的方式是數控車削。利用這種方式是透過程式對所有齒輪軸加工質量進行控制，也能夠確保批次加工效率。零件在精車後能夠依據所工作的環境和對其的技術要求選擇要不要實施調質處理，如此能夠為之後的表面滲氮處理與表面淬火打下良好基礎，使表面處理的變形得到有效減小。假如設計中提出不需要實施調質處理，就能夠直接進行滾齒操作。
2.5加工齒部和花鍵部
對工程機械傳動系統而言，傳遞力矩與功率的關鍵零件就是花鍵與齒輪，要求這兩個部位有較高精度。通常情況下，齒輪軸的齒輪採用的精度為7級到9級，齒輪如果達到了9級精度，滾齒刀與插齒刀都能夠達到齒輪的精度要求。然而，滾齒刀加工精度要比插齒加工精度高，同樣前者的效率也比後者高。假如齒輪達到了8級精度的要求，可能先加工插齒刀或滾齒刀，之後加工桁齒。假如齒輪達到的是7級精度，依據不同的齒輪加工批次大小實施不一樣的加工工藝，若齒輪生產是單件或小批次，那麼可以先加工滾齒或插齒，之後實施高頻感應式的加熱淬火和其他一些處理表面的方法，最後利用磨齒加工工藝達到要求的精度；若是加工大批次的齒輪，那麼需要先加工滾齒，之後加工剃齒，再之後實施高頻感應式加熱淬火，最後實施珩磨加工。如果齒輪要求淬火，就需要將圖紙要求加工精度的等級提升一級後，在實施加工操作，在淬火後齒輪精度會出現下降，如此之後才能保證滿足設計的精度要求。齒輪軸花鍵通常有兩種型別，一種是矩形花鍵，一種是漸開線花鍵，如果花鍵要求高精度，需要使用磨鍵齒與滾鍵齒。如今在工程機械中，漸開線花鍵應用比較廣泛，大多使用30度壓力角，加工大批次齒輪軸花鍵的步驟很繁瑣，要藉助專用銑床實施加工；而加工小批次齒輪軸花鍵可以用上分度盤，專門技術人員在銑床上實施加工。
2.6齒面硬化處理
齒輪軸表面與重要軸徑的表面一般都需要表面處理，其處理方式是表面淬火與滲碳處理。滲碳處理與表面淬火主要為了提高齒輪軸表面耐磨性與硬度，表面淬火可以取得1mm以上的淬火層深度，滲碳處理所使用的滲碳層通常深度是0.8-1.2mm，齒輪軸在經過滲碳處理後，其芯部的塑性、韌性和強度不變,硬度可達HRC58~62。一般情況下，凹槽位置與花鍵齒位置等不需要實施表面處理，但是要實施進一步精加工，因此在實施表面淬火處理或滲碳之前要在這些部位塗抹上塗料，厚度應該在0.2mm-0.3mm之間。在完成表面處理之後敲擊使其脫落，在敲擊時要注意力度要小，以免對零件造成損害。在實施淬火處理時，要對冷卻介質、冷卻速度、溫度等因素進行控制，以免產生不良影響。在完成淬火後，要檢查有沒有出現彎曲和變形，如果出現彎曲現象，應該將其校直到0.05之內，如果變形較大，則需要採取應力處理，以免再次出現變形。另外，在強度檢測輪齒危險截面和齒根的圓角相切位置之間，對於一些重要齒輪軸，還需要依據國外相同型別零件要求或者是使用者要求對齒心塑性和韌性進行檢測[2]。
2.7其他表面的精加工
在對齒輪軸進行過表面處理之後，要研磨其兩端頂尖孔，並把研磨後表面當做精基準，磨削齒輪軸其他重要表面和端面。同時也把齒輪軸兩端研磨後的頂尖孔當做精基準，精加工凹槽附近重要表面，直至達到設計要求。
2.8精加工齒面的工藝
齒面精加工基準是齒輪軸兩端研磨後的頂尖孔，磨削齒面等位置，直到達到設計要求的精度。
3齒輪軸加工工藝流程
在總結生產實踐的基礎上，可以概括出工程機械中常用輸入齒輪軸的工藝流程：（1）下料；（2）鍛造；（3）正火處理；（4）粗車，依據工藝附圖；（5）精車（使用數控車，依據工藝附圖）；（6）粗滾齒與精滾齒；（7）銑花鍵；（8）去除毛刺；（9）滲碳和淬火處理；（10）校直；（11）研磨中心孔；（12）對重要的外圓表面和端面進行磨削處理；（13）對凹槽附近的外圓等等重要表面實施車削；（14）磨齒；（15）檢驗合格後入庫。齒輪軸的工藝流程與工藝要求是與不斷採用改進工藝相伴而生的，逐漸發展出系統化、規範化的新技術和新工藝，並且應用於生產實踐齒輪軸中，去報加工齒輪軸的效率與質量，能夠為加工相似齒輪軸提供參考。
4結語
分析齒輪軸的加工工藝，要依據裝配產品的設計圖進行，對齒輪軸的工作環境、用途和效能有所瞭解，明確其在齒輪中的具體位置、所起作用，對制定各項技術的條件依據進行研究與瞭解，要找出關鍵技術和技術要求，從而採取最優工藝措施確保加工齒輪軸的質量。透過分析探討齒輪軸的各項加工工藝，總結齒輪軸生產實踐中加工效率與質量達到最優的加工方案，為加工齒輪軸提供重要技術支援，也能夠為加工類似產品提供借鑑。
參考文獻：
[1]祁晶，王華，範春仙，等.工程機械中齒輪軸的加工工藝探析[J].中國機械，2015(4)：51-52.
[2]王曉燕.預先熱處理對工程機械齒輪材料效能的影響研究[J].熱加工工藝，2016(14)：243-246.
[3]劉志鵬.花鍵齒輪軸的加工工藝及功能用途研究[J].知識經濟，2012(11)：81.
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