小汽车齿轮的加工工艺简介

小汽车齿轮的加工工艺简介（精选8篇）

小汽车齿轮的加工工艺简介 第1篇

材料工程新技术新工艺课程论文

论文题目：小汽车齿轮的加工工艺与技术

学院：材料科学与工程学院

班级：料11*班

教师：*** 学生:**

学号：********

小汽车齿轮的加工工艺与技术

摘要：齿轮是汽车行业主要的基础传动元件，通常每辆汽车中有18～30个齿部，齿轮的质量直接影响汽车的噪声、平稳性及使用寿命。近年来, 齿轮技术得到了迅速发展, 其发展趋势可概括为: 高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率。最终归结于齿轮的加工工艺得到的进步。

关键字：齿轮 加工工艺

一个完整的齿轮加工过程一般要经过毛坯的准备、毛坯正火热处理、车削加工、滚齿、插齿、剃齿、再次热处理、磨削加工与修正等过程。

1.毛坯准备

毛坯的准备一般通过锻造制坯来完成的，当前，热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大范围推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小，而且生产效率高。

2.正火处理

正火这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备，以有效减少热处理变形。所用齿轮钢的材料通常为20CrMnTi，一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大，在热处理工艺中，如果处理不当将使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响金属切削加工和最终热处理，使得热变形大而无规律，零件质量无法控制。[1]为此，采用等温正火工艺。实践证明，采用等温正火有效改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。

3.车削加工

为了满足高精度齿轮加工的定位要求，齿坯的加工全部采用数控车床，使用机械夹紧不重磨车刀，实现了在一次装夹下孔径、端面及外径加工同步完成，既保证了内孔与端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。数控车床比一般的人工操作车床具有更高的准确度，为计算加工提供很大便利。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。

4.滚、插齿

加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，虽然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀非常方便地进行，经过涂镀的刀具能够明显地提高使用寿命，一般能提高90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显著。滚齿是软齿面圆柱齿轮加工中应用最为广泛的一种切齿方法。目前，通过提高滚齿机刚性，采用高性能高速钢和硬质合金，采用先进的刀具涂层技术，改单头为多头滚刀，采用大直径滚刀作径向进给加工以及对角滚齿法等途径，使滚齿生产效率得到了极大的提高。国外采用TI N 涂层的优质高速钢滚刀的滚齿切削速度已达150m/min以上, 硬质合金滚刀的实用切削速度已达40m/min以上。

硬齿面滚齿工艺已广泛用于模数为m2一40、齿面硬度为HRC40 ~ 64的各种硬齿面圆柱齿轮的半精滚和精滚加工。根据不同的加工条件，齿面的精加工效率可比传统磨齿工艺提高1 ~ 5 倍，成本也明显降低，而且扩大了硬齿面的可加工范围，从工艺上保证了硬齿面齿轮的广泛应用。硬齿面滚齿工艺的开发，革新了传统的硬齿。

5.剃齿

以前主要用于齿轮滚插预加工后、淬火前的精加工。轴向剃齿法剃齿刀磨损不均匀，工作台行程长，生产效率不高，但工艺较简单；对角剃齿法剃齿刀磨损较均匀，刀具耐用度得到提高，生产效率较高；切向剃齿法生产效率更高。剃齿能加工5 一7 级精度齿轮，生产效率高，以前主要用于齿轮滚插预加工后、淬火前的精加工。轴向剃齿法剃齿刀磨损不均匀，工作台行程长，生产效率不高，但工艺较简单；对角剃齿法剃齿刀磨损较均匀，刀具耐用度得到提高，生产效率较高；切向剃齿法生产效率更高。近年来，国外又研制了径向剃齿法，工件和剃齿刀之间无相对的往复运动，只有径向进刀运动，生产效率在剃齿加工中最高，精度和表面粗糙度也好，但这类剃齿刀的设计和制造较困难。剃齿广泛应用于运动精度要求不高、批量较大的汽车、拖拉机、机床等行业的齿轮加工中，作为热处理前的精加工手段.近几年来又推出了一种硬齿面剃齿法，可谓剃齿加工的一大突破这种方法主要用于硬度为HRC50左右的中硬齿面精加工，剃齿刀采用高性能高速钢或进行表面化学处理。上海工具厂曾应用表面化学处理的剃齿刀，对中硬齿面剃齿，取得了较好的效果。磨齿加工

当前，径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现等优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。

磨齿的加工精度很高，可达4 级以上，但成本较高，生产效率一般都较低(蜗杆砂轮磨齿机除外)。所以，国内只在加工精密齿轮和高精度齿轮时采用, 应用远不如国外普及。近年来，由于CBN磨料、齿轮形金刚石修整滚轮的应用以及其它砂轮修整技术的发展，使磨齿技术取得了很大进展。

CNC磨齿机采用普通氧化铝砂轮砂轮齿面经金刚石滚轮修整成为渐开线螺旋面(滚轮齿面)的包络面，磨齿时砂轮齿面经二次包络形成工件齿面，工件齿面为滚轮齿面的复映。对于有修形(国外修形很普遍)要求的齿轮，只需对金刚石滚轮进行相应的修形即可磨出所要求的修形齿轮。该机床磨削一个工件只34s，每磨20~30 个工件需对砂轮修整一次。修整时只要将金刚石滚轮置于工件位置，然后进行类似于磨削工件的循环过程即可实现对砂轮的修整，修整时间约为60s。新砂轮的开齿修整也用这种方法，约需6 一7min。该机床仅可用于磨削圆柱斜齿轮。球面蜗杆成形磨齿法的加工效率是目前各种磨齿加工方法中最高的。

CBN砂轮的锋利度极高，这使大磨削量磨削也近似于精加工。此外，磨削过程中产生的磨削热较小，由于热变形而引起的精度下降也小，所以在采用CBN砂轮时，如磨齿机床精度高，就可较容易地磨出高精度的齿轮。CBN磨齿的另一个优点是使齿面产生残余压应力，可使齿面强度得到提高。但要获得表面粗糙度值很低的齿面，一般认为必须对CBN砂轮进行精细的修整(因为CBN磨粒耐磨性好，少数突出的磨粒长时间不磨损而使齿面产生很深的划痕)，或在齿轮的最终精加工时采用微粒砂轮。由于CBN磨粒的耐磨性好，国外也采用镀层CBN砂轮磨齿。如仅电镀一层CBN磨粒的碗形砂轮，可磨削必1500mm的汽车齿轮约2000个，磨削一个齿的时间在5s以内，精加工一个齿轮约2min。

短短几年的发展，使CBN砂轮以其高效率广泛应用于齿轮的精密磨削。研究结果表明，CBN砂轮在齿轮的镜面磨削方面也具有很大的潜力。

除了CBN砂轮磨齿机外，国外还开发了其它类型的CBN硬齿面精加工机床，如德国Carl Hurth 公司和日本三菱重工分别生产出ZHS350和HA25CNC 硬齿面精加工机床。这类机床采用圆盘齿轮状CBN 镀层，切削机理类似于剃齿加工，可以加工出所要求的各种齿形和齿向曲线，是一种高效硬齿面精加工方法。美国通用汽车公司于1985年购买了12台ZHS型硬齿面精加工机床，1986年又购买了10台，并将本公司的变速器齿轮的加工工艺由原来的滚齿一剃齿一碳淬火改为滚齿一渗碳淬火一硬齿面精加工。可以肯定，这种高效、高精度的硬齿面精加工新方法必将发挥越来越重要的作用。[2]

6.热处理

汽车齿轮要求渗碳淬火，以保证其良好的力学性能。对于热后不再进行磨齿加工的产品，稳定可靠的热处理设备是必不可少的。

7.磨削加工

该工艺主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工，以提高尺寸精度和减小形位公差。齿轮加工采用节圆夹具定位夹紧，能有效保证齿部与安装基准的加工精度，获得满意的产品质量。磨削是国外齿轮硬精加工普遍使用的方法，其重要性和影响日益增加。这种加工方法常常为可靠地进行渐开线齿形和齿向所限定的精修提供唯一的手段。8.珩齿

这是变速器、驱动桥齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理，以消除它们在装配后引起噪声异响。通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。制造公司生产的变速器中壳体零件有离合器壳、变速器壳和差速器壳。离合器壳、变速器壳是承重零件，一般采用压铸铝合金经专用模具压铸而成，外形不规则、较复杂，一般工艺流程是铣结合面→加工工艺孔和连接孔→粗镗轴承孔→精镗轴承孔和定位销孔→清洗→泄漏试验检测。

珩齿效果很大程度上取决于前一道工序的加工精度和热处理变形量。另外，无合适的齿轮修整方法，珩齿在整个使用过程中不进行修整，影响了珩齿精度的提高。新的珩齿加工技术主要有蜗杆形珩轮珩齿法和内齿布轮珩齿法两种。70 年代日本相浦正人教授等人对蜗杆形珩轮珩齿法进行了试验，之后，日本铿藤公司推出了蜗杆琦齿机和蜗杆形珩齿修整机的正式产品。国内长江机床厂和南京第二机床厂也生产类似产品。用蜗杆形珩齿珩齿不仅生产效率高，而且对琦磨轮进行修整也提高了琦磨轮的精度，从而提高齿轮加工精度。瑞士Fasselr公司在1979年推出内齿珩齿机床目前的D-250一CNC珩机加工齿轮的精度可达DIN(德国工业标准)6级，加工模数

35、齿数

11、齿宽37mm的斜齿轮的琦磨时间仅为lmin，十分适合齿轮的大批量生产。国外许多汽车厂家用这种方法对热处理硬化后齿轮进行精加工南京第二机床厂已生产出类似的内齿衡轮布齿机。内齿琦轮琦齿法的主要特点是：用金刚石滚轮对珩齿修，保持了珩齿精度；内啮合珩齿时增大了啮合系数，使珩齿过程传动平稳，增加了珩齿时的修正能力；珩齿时无须沿工件轴向进给即可衡出工件全齿宽。因此，内齿珩齿精度、生产效率高。[2]

齿轮作为一种重要的零部件，对于汽车工业乃至整个工业体系来说，是必不可少的。随着科技的发展，齿轮制造技术和装备也在进一步发展，高效、高精度、自动化、智能化、信息化及清洁加工是今后齿轮加工技术及装备的发展趋势。齿轮加工正朝着高效、高精度及绿色制造方向发展，齿轮加工机床也同着全数控、功能复合、智能化、自动化及信息化方向发展。中国齿轮加工机床制造商要抓住这一发展趋势，更好地为我国的汽车齿轮加工行业提供高效、复合、智能的装备。参考文献

[1]王政.汽车齿轮加工工艺及发展趋势，MC现代零部件，2010，9:26-27 [2]安立宝.齿轮加工技术新进展，航空工艺技术：29,35

小汽车齿轮的加工工艺简介 第2篇

本文通过对齿轮减速箱体的工艺分析，正确处理加工中的装夹，制定合理的加工路线，从而完成了产品的加工，并达到了质量要求。

关键词：箱体;加工;装夹

引言

图1为一个齿轮减速箱体零件的加工图，是广西南宁万昌机械制造有限公司委托本人制定加工工艺。

该零件的材料为HT200，加工数量为100个，该箱体是机床排屑器上的变速装置，结构复杂，内部呈腔型，主要的加工位置为平面M和各孔系，并且面和孔之间有相对较高的要求：1、平面M是加工中的设计基准，需要有较的高精度和表面粗糙度。

2、本箱体中的孔系主要用来安装轴承，为了保证轴的回转精度，孔的尺寸精度分别为IT7和IT9，表面粗糙度为Ra1.6。

同时两边的轴心线与A-B基准的平行度公差为0.02mm。

1.工艺分析

齿轮减速箱体由于内腔和外形结构复杂，因此毛坯选择铸造成型。

在铸造时由于存在内应力，需要采用人工时效消除毛坯里面残留的内应力，防止产生加工变形。

然后在加工中心上进行粗、精加工平面和孔系，钻好孔和攻好螺纹孔。

接下来在钳工台上去除毛刺。

然后在清洗机上清洗。

最后送检。

加工中心上是工序最复杂的时候，是决定箱体能否达到合格尺寸的关键一步，因此我们把加工步骤具体分为装夹、粗加工、精加工阶段，合理完成箱体的实际加工。

2.加工步骤

2.1装夹

采用螺钉和压板装夹工件，工件的M平面先加工完毕，以它为定位面，首先轻压工件，用划针根据F面找正工件，使F面与机床导轨运动方向平行，然后用螺钉和压板把工件压紧在工作台上。

工件装夹后，以?90圆台的外圆，找正主轴位置，确定工件原点的偏移值量，同时完成原点偏移量的设定。

2.2粗加工

粗加工按以下顺序进行：

2.2.1以轴孔为基准首先铣削两个凸缘的端面，选用?80mm的面铣刀，转速为300r/min，进给量为60mm/min;

2.2.2钻?35的孔，留0.5mm的余量。

先加工正面，再转动工作台180度。

加工另外一面。

钻孔的转速选择为600r/min，进给量为60mm/min;

2.2.3粗镗2x45H7，留0.5mm的余量。

转动工作台180度，粗镗另外一边的2x45H7。

加工时的转速为300r/min，进给量为60mm/min

2.2.4粗镗2x58H9的内孔，留0.5mm的余量。

加工时的转速为300r/min，进给量为60mm/min;

2.2.5钻2x?18的内孔，加工时的转速为600r/min。

进给量为60mm/min;

2.2.6钻?90圆台上4XM8处的螺纹内孔(共8处)，转速为700r/min，进给量为60mm/min。

到此完成所有的粗加工。

2.3精加工

精加工时基准的选择非常重要，为了保证加工精度，考虑基准重合原则.本箱体的设计基准是上盖面、凸台面及一侧外壁。

根据基准重合的原则，选设计基准为精基准。

精加工顺序：

2.3.1先面后孔。

先精加工两处?90的平面，能够为孔加工提供可靠的定位基准。

同时由于箱体是浇铸类的零件，先加工面也可以去除铸件毛坯表面的凹凸不平、砂孔等缺陷，防止加工时刀具产生大的`磨损或倾斜，为后续加工奠定了基础。

2.3.2先基准面，后其他面，基准先行。

该箱体在精加工时有A、B两个基准，因此先半精镗和精镗正、反两面?35H7的内孔至合格尺寸。

加工时的转速为100r/min，进给量为40mm/min。

然后半精镗和精镗正面的2x45H7内孔至合格尺寸。

加工时的转速为100r/min，进给量为40mm/min，再转动工作台180度，加工另外一面的2x45H7内孔至合格尺寸;接着半精镗和精镗2x58H9的内孔至合格尺寸。

加工时的转速为100r/min，进给量为40mm/min。

2.3.3先主后次。

箱体上用于紧固的螺孔、小孔一般属于次要表面。

因为这些次要孔往往要依据主要表面(轴孔)定位，所以这些螺孔的加工应在主要轴孔加工后进行。

否则会使主要孔的精加工产生断续切削和振动，影响主要孔的加工质量。

因此把攻两处4xM8的螺纹放在最后。

3.加工中的难点分析与处理

在铣削平面和车削孔系时容易产生振动，引起圆度误差、同轴度误差、孔和面的垂直度误差，同时表面粗糙度也较差。

在加工中我们采取一些方法解决了以上问题。

3.1回转工作台中心不准

在卧式加工中心上装夹时，由于采用的是回转工作台，一面加工完成后通过指令，让机床的回转工作台转动180度，然后再加工箱体的另外一面。

因此箱体各孔系的同轴度依赖着回转工作台。

因此在加工前我们须对工作台的X向、Y向、Z向三个方向回转中心进行测量和调整，保证工件的加工精度。

测量和调整有三种方法：第一种为心轴、量块配合百分表测量;第二种为心轴、直角尺配合百分表测量;第三种为试镗的方法。

前面两种是机床静止时候测量的，精度不是很准确。

我们采用前两种方法结合然后进行试切，先在工件的一端进行试切，然后工作台回转180度，再进行试切。

结合两边的差值进行补偿。

这样就可以保证工件加工的精度。

3.2箱体加工时刚性较差

齿轮箱体是中空类零件，在加工时容易产生振动，我们在夹紧的时候增加定位地方的支撑点，在箱体内部增加支撑杆，增加箱体两侧的刚性。

合理选择正确的铸铁刀片减少零件的变形。

最终保证工件加工的精度。

4.结束语

通过实践证明，我们通过此种加工方案，合理地选用刀具和切削用量，不但成功完成了齿轮箱体的加工，而且能够达到图纸的要求。

该方案大大缩短了工艺流程、减少了劳动强度、保证了加工精度、提高了生产效率。

值得在箱体类零件加工中推广。

参考文献：

[1]韩鸿鸾.《数控铣工/加工中心操作工全技师培训教程》，化学工业出版社，.8.

汽车齿轮的加工工艺及发展趋势 第3篇

齿轮加工工艺

1.锻造制坯

热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来, 楔横轧技术在轴类加工上得到了大范围推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯, 它不仅精度较高、后序加工余量小, 而且生产效率高。

2.正火

这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备, 以有效减少热处理变形。所用齿轮钢的材料通常为20Cr Mn Ti, 一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大, 使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制, 造成硬度散差大, 金相组织不均匀, 直接影响金属切削加工和最终热处理, 使得热变形大而无规律, 零件质量无法控制。为此, 采用等温正火工艺。实践证明, 采用等温正火有效改变了一般正火的弊端, 产品质量稳定可靠。

3.车削加工

为了满足高精度齿轮加工的定位要求, 齿坯的加工全部采用数控车床, 使用机械夹紧不重磨车刀, 实现了在一次装夹下孔径、端面及外径加工同步完成, 既保证了内孔与端面的垂直度要求, 又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而提高了齿坯精度, 确保了后序齿轮的加工质量。另外, 数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量, 经济性好。

4.滚、插齿

加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机, 虽然调整维护方便, 但生产效率较低, 若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的发展, 滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀非常方便地进行, 经过涂镀的刀具能够明显地提高使用寿命, 一般能提高90%以上, 有效地减少了换刀次数和刃磨时间, 效益显著。

5.剃齿

径向剃齿技术以其效率高, 设计齿形、齿向的修形要求易于实现等优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。公司自1995年技术改造购进意大利公司专用径向剃齿机以来, 在这项技术上已经应用成熟, 加工质量稳定可靠。

6.热处理

汽车齿轮要求渗碳淬火, 以保证其良好的力学性能。对于热后不再进行磨齿加工的产品, 稳定可靠的热处理设备是必不可少的。公司引进的是德国劳易公司的连续渗碳淬火生产线, 获得了满意的热处理效果。

7.磨削加工

主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工, 以提高尺寸精度和减小形位公差。齿轮加工采用节圆夹具定位夹紧, 能有效保证齿部与安装基准的加工精度, 获得满意的产品质量。

8.修整

这是变速器、驱动桥齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理, 以消除它们在装配后引起噪声异响。通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。制造公司生产的变速器中壳体零件有离合器壳、变速器壳和差速器壳。离合器壳、变速器壳是承重零件, 一般采用压铸铝合金经专用模具压铸而成, 外形不规则、较复杂, 一般工艺流程是铣结合面→加工工艺孔和连接孔→粗镗轴承孔→精镗轴承孔和定位销孔→清洗→泄漏试验检测。

齿轮加工技术与装备的发展趋势

为适应齿轮加工行业对制造精度、生产效率、清洁生产、提高质量的要求, 制齿机床及制齿技术出现了以下发展趋势。

1.数控化

由于通过将机床的各运动轴进行CNC控制及部分轴间进行联动后, 具有以下优点:

(1) 增加了机床的功能, 如滚削小锥度及鼓形齿轮等变得极为简单。

(2) 缩短了传动链, 同时采用半闭环或全闭环控制后, 通过数控补偿可以提高各轴的定位精度和重复定位精度, 从而提高了机床的加工精度及Cp值, 增加了机床的可靠性。

(3) 换品种时由于省去了计算及换分齿挂轮及差动挂轮、进给及主轴换挡的时间, 插齿机还省去了换斜导轨的时间, 从而减少了辅助加工时间, 增加了机床的柔性。

(4) 由于机械结构变得简单了, 可以设计得更有利于提高机床的刚性及把热变形降到最底。

(5) 各轴间没有机械联系, 结构设计变得典型化, 更利于实施模块化设计及制造。

2.高速高效

齿轮加工机床如滚齿机、插齿机及磨齿机的高速化主要是指机床拥有高的刀具主轴转速和高的工作台转速, 它们是提高切削效率的主要指标。

传统机械滚齿机的滚刀主轴速度通常最高为500r/min, 工作台转速最高为32r/min。随着齿轮加工刀具性能的提高, 齿轮加工机床的高速、高效切削得到了飞速发展和成熟, 齿轮滚齿切削速度由100m/min, 发展到可达500~600m/min, 切削进给速度由3~4mm/r发展到20mm/r, 这使滚齿机主轴的最高转速可达5500r/min, 工作台最高转速可达800r/min, 机床部件移动速度也高达10m/min;大功率主轴系统使机床可运用直径和长度均较大的砂轮进行磨削, 有利于增加砂轮寿命, 也有利于操作者选择最优的磨削参数来完成磨削加工。

高效加工是机床从各个方面采用了专用技术来得以保证:具有最佳吸振效果的铸造床身;使机床具有最佳热稳定性的集成冷却介质循环系统;切削区保护隔板大倾角及光滑设计使干式切削产生的切屑迅速有效排出;具有用预载的、无隙滚珠丝杆驱动的进给系统;具有耐磨损直线导轨或采用P L C控制的定量润滑铸铁导轨等。电主轴的应用使刀具主轴得到提高, 而工作台转速的提高则是采用了高精度斜齿轮副或力矩电动机。电主轴及力矩电动机具有回转精度高、无反向间隙和不用维修等优点。

3.高精度

由于采用了高精度、具有预加负荷的高刚性直线导轨、滚珠丝杆、滚动轴承、电主轴、力矩电动机及数控技术, 使高速加工条件下的齿轮加工机床精度得到保证并有所提高。电主轴精度一般为径向振摆0.002mm, 轴向0.001mm;环形转矩伺服电动机定位精度达0.5″, 重复定位精度达0.01″;直线运动轴的定位精度小于0.008m m, 重复定位精度小于0.005m m。滚齿及插齿尽管为粗加工, 但在高速切削的条件下仍能达到D I N6~7级精度, 为其后的精加工工序获得高精度提供了保证。

随着磨齿机生产效率的提高、单件齿轮磨齿成本的降低以及汽车齿轮不断追求提高精度的要求, 市场对磨齿机的需求越来越大;同时, 随着数控技术的发展, 各种机床间的功能延伸较容易实现。因此, 在激烈的市场竞争压力下, 世界各主要制齿机床制造商企业纷纷加入生产以磨齿机为代表的齿轮精加工机床行列。这种趋势的发展将使今后的汽车齿轮加工越来越多地采用滚—磨工艺。

4.功能复合

功能复合型机床是指在一台机床上或工件一次装夹中, 可以完成多道工序加工, 从而提高工件的加工效率甚至精度。目前齿轮加工机床主要有以下功能复合组合形式:

(1) 自动上料、车削、滚齿、倒棱、去毛刺、自动下料。

(2) 自动上料、车削、滚齿、倒角、自动下料。

(3) 自动上料、车削、滚齿、磨削、自动下料。

(4) 自动上料、磨内孔、车端面、磨齿轮、自动下料。

(5) 磨齿面、磨外圆、磨端面。

(6) 自动上料、倒棱去毛刺、剃齿、自动下料。

(7) 自动上料、滚齿、倒角、去毛刺、自动下料。

(8) 自动上料、铣弧齿锥齿轮、倒角、自动下料。

(9) 自动上料、倒棱去毛刺、剃齿、甩干、自动下料。

5.绿色环保

切削过程中应用切削液可提高刀具寿命, 改善加工表面质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形。但是, 在高速切削过程中切削液的飞溅和形成的油雾对生态环境, 特别是操作者的健康特别有害。为此, 通常是将加工区用护罩封闭起来, 安装上油雾分离器, 使排出的只是不含油的雾, 而切削油则重新流回机床内循环利用。但这并不能从根本上解决环保问题, 因为变质切削液的更换排放会严重污染环境。

湿式齿轮加工中消耗的切削液及切削液附加装置的费用占加工成本的20%左右, 采用高速干式切削能提高2~3倍以上的加工效率, 刀具的使用寿命是湿式切削的2~5倍, 因此, 干式切削降低了单件齿轮的加工成本。

高速干式切削既可减少切削液的消耗和冷却处理装备, 又可避免对环境造成污染, 还能提高生产效率, 降低单件齿轮的制造成本。因此, 高速干式切削成为齿加工机床制造商多年来追求的目标和发展方向。随着齿轮加工机床的高速化, 机床刚性的提高, 良好的抗振性及排屑技术的完善, 以及干式高速切削刀具的进一步发展, 高速干切已在切齿机床上全面实现。

6.智能化

数字化控制技术、传感器技术、信息技术和网络控制技术结合在一起, 使数控齿轮加工机床的智能化水平更高。

齿轮加工机床要实现误差补偿、温度补偿、自动平衡、防撞功能、过载保护、有无工件自动识别、装夹工件是否正确、工件是否已加工过、对齿啮合、加工余量分配、刀具磨损、在线精密检测、自动修整砂轮、零编程界面、多功能加工软件、切削工艺专家系统、机器人在机床间搬运工件时的自动识别、远程控制、远程诊断等功能。

智能化是齿轮机床提高可靠性、安全性、稳定性、复杂零件加工、精密加工和实现无人化生产的基础, 还必将不断完善和提高。

结语

小汽车齿轮的加工工艺简介 第4篇

【摘 要】随着国内经济水平的不断提升，带动一系列的基础设施的建设，工程机械的需求也在不断的增加，因此对于通用机械传动中的重要零件之一的齿轮轴的质量要求就非常的严格。本文对传统齿轮轴加工过程中存在的问题进行分析，从而探讨如何改进齿轮轴加工工艺。若有不当之处，望加以改正。

【关键词】齿轮轴；加工工艺；问题；改进措施

齿轮轴指支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。它是现代机械中应用最广泛的一种传动零件，虽然我国是一个机械大国，但不是一个机械强国。特别是我国的一些小企业中还使用着过去落后的机械设备，阻碍了机械制造业的发展。对于齿轮轴的种类非常多，每一种类的齿轮轴又有着各自的特点，因此在齿轮轴的材料以及加工工艺方面有着严格的要求，从而确保齿轮轴的质量。

1.传统齿轮轴加工存在的问题

据调查研究发现，国内大多加工出来的齿轮轴安装使用过程中，产生很大的噪音污染，对操作人员来说造成一定程度的伤害，通过拆卸齿轮轴进行测量后，发现了一系列的问题：①观察发现有振纹的现象。②齿轮轴面的粗糙度数值非常大，造成了噪音污染。③齿轮的加工精度不够准确。

2.如何改进齿轮轴的加工工艺

对于改进齿轮轴加工工艺的方法主要是从齿轮轴的材料、选择合适的毛坯下料、夹具、滚齿以及选择合理的切削液这几方面来综合改进齿轮轴的加工工艺。

2.1齿轮轴的材料

对于一些传统的机械加工中的齿轮轴的材料通常选择优质的碳素结构钢中的45钢，合金钢中的40Cr、20CrMnTi等等。这些材料的质地来说，是相对比较好的，使用寿命比较长的。

2.2选择合适的毛坯下料

目前齿轮轴的机械强度比较高，各个阶梯的直径相差也比较大，为了减少材料消耗以及机械加工的劳动量，一般情况下，就选择锻造的毛坯。对于小齿轮轴也可以制作成整体的毛坯；模锻件适合中中型的齿轮轴；自由锻造适合大型的齿轮轴。锻造的毛坯应该防止裂纹以及晶粒不均匀等锻造缺陷。

2.3精车

对于齿轮轴的精车，通常以齿轮轴两端的顶尖孔为标准，精车外圆。成批生产的齿轮轴精车时一般情况下为了提高工作效率以及确保加工的质量，采用的是数控车削的方法。这样一来，不仅可以提高加工的效率，而且能够确保弧面的加工质量。对齿轮轴精车后的零件可以根据实际需要，进行调质处理，如果设计不需要调质，就可以直接进入到滚齿的工序。

2.4滚齿

对于滚齿工艺的改进从以下几方面来进行：

（1）合适的进给量。对于进给量的大小主要是由精加工时齿轮轴面的粗糙程度来决定的。一般情况下，为了确保较高的生产效率，采用最大的进给量。在进行粗加工的时，因为机床、工件以及滚刀系统的刚性不够强，从而导致滚刀的刀架产生了振动，就限制了进给量的提高。因此，要保证齿轮轴的表面光滑。

（2）合适的切削用量和切削速度。切削用量和切削速度主要是由加工齿轮的模数、精度、夹具以及材料等因素来共同决定的。对于精度比较高，模数比较小并且材料相对硬的齿轮来说，应该采用高的切削速度以及小的进给量；在进行粗加工时，应该采用低的切削速度以及较大的进给量；对于大螺旋角和较大直径的齿轮滚刀来说，应该降低切削速度和减小进给量。

（3）合适的走刀次数。齿轮轴的走刀次数是由齿轮中齿形的加工表面的粗糙程度来决定的。在多数情况下，一般对于齿轮的整个加工不超过三次。当出现机床的功率以及刚性不够时，就需要采用两次粗走刀，这两次粗走刀时的走刀量是不均匀的，两次走刀时分别取一个数值，等到两次粗走刀完成后，再进行一次精加工，精加工时之采用滚刀的侧刃方可进行切削，最后等到滚齿后，就是磨齿，对于磨齿，通常采用一次进给加工，这样就提高了工作的效率，保证齿轮轴的质量。

2.5夹具

一般情况下，夹具的安装精确度关系到齿轮轴的精确度。在齿轮轴的滚齿加工过程中起着重要的作用。

（1）在滚齿机上装夹齿轮轴。在安装齿轮轴时检查齿轮顶圆线与刀架垂直平行线之间的误差通常采用千分表在九十度的方向上检测；对于齿顶圆与基准轴颈的径向跳动时采用千分表来检查。

（2）在滚齿机上装夹齿坯。首先在安装夹齿坯之前应该把零件上的油渍以及脏东西清理干净，为了确保工件装夹的精确度，工件的基准面应该向下，与支撑面结合时，中间不得用纸或者铜皮来垫付；在压紧齿坯装夹时，应该使压紧面通过支撑面，而不是悬挂在支撑面上，使用适当的压紧力，避免压紧时工件发生了变形的情况。

（3）合适的滚刀刀架。刀架的安装角刚好等于滚刀的螺旋升角的时候只用加工直齿圆柱的齿轮。

2.6选择合理的切削液

每一种齿轮轴材料不同，需要的切削液也就不同，切削液都有着各自的优点，例如针对于40铬的加工齿轮轴，应该采用复合型的切削液。它主要有以下几种作用：①切削液可以及时的冲掉碎屑以及其他的脏东西，从而避免加工时的碎屑以及脏东西没有得到及时的处理出现溅伤操作人员或者划伤加工面的现象。②增大干净切削液的流量可以使加工过的齿面变为光滑，减少齿面的粗糙度，从而也减少了噪音。③齿轮轴滚齿的工程中，通过在切削去浇筑切削液，在切削液的作用下，滚刀能够在一定的恒定温度下工作，避免滚刀出现急冷急热的现象，因为切削液具有润滑以及冷却的作用。这样一来，就可以降低齿面的粗糙度以及延长滚刀的使用寿命。

2.7花键以及齿部的加工

花键的类型一般分为两类，一类是渐开线花键，另一类是矩形花键，对于精度较高一般来说最好是磨键齿。渐开线的花键在机械工程类使用较为广泛，压力角通常为三十度。对于小批量加工时，可以依靠分度盘，通过铣床用片铣刀铣出；对于大批量加工时，应该以两端中心为孔，采用花键专用的铣床来加工。

通常情况下，滚齿的齿轮一般都是7到9级的精度，①对于齿轮的精度为7级，当大批量的生产时，首先是滚齿，剃齿，高频感应加热淬火，最后是珩磨，按照这样的顺序来进行加工；当小批量生产时，首先是滚齿，高频感应加热淬火，最后是磨齿，按照这一顺序进行加工。②当齿轮的精度为8级时，可以先进行滚齿加工，等到加工后最后进行珩齿的加工。③当齿轮的精度为9级时，进行滚齿或者是插齿都可以保证齿形的精确度，效率也比较高（滚齿的运动精度高于插齿的运动精度）

3.结束语

总而言之，对于齿轮轴的加工时，应该明确各个零件在产品中的位置以及作用，了解各项技术，结合实际情况，找出最佳的技术方法，以便在齿轮轴的加工工艺中使用最优化的工艺措施，从而保证齿轮轴的加工质量，延长齿轮轴的使用寿命，节省资源，促进社会经济的发展。 [科]

【参考文献】

[1]张普林，杨琳.机械加工工艺.机械工业大学出版社，2007（8）.

小汽车齿轮的加工工艺简介 第5篇

关键词：行星减速器；齿轮轴；热处理技术；加工工艺

我们知道行星减速器主要用于行星的减速作用，是连接传动装置传输减小动力的主要装置，而齿轮轴是行星减速器中最为重要的装置。齿轮轴性能的好坏以及机械加工工艺是否精湛直接关系到行星系统的安全，因此我们对于行星减速器的要求很高。在行星减速器的制作工艺过程中，行星减速器齿轮轴的热处理技术以及机械加工制作工艺是判定行星减速器质量好坏的关键因素。在我们日常的生产工作中，通过科学的理论以及不断地实践总结，我们通过三级行星减速器的加工制作工艺，能够准确的分析出减速效果，保证传输动力的精确度，并且使用寿命比传统技术制造的寿命要延长。因此，笔者在实践总结中，本文重点介绍行星减速器齿轮轴的热处理与机械加工工艺研究。

一、行星减速器技术简介

行星齿轮减速机又称为行星减速机，伺服减速机。在减速机家族中，行星减速机以其体积小，传动效率高，减速范围广，精度高等诸多优点，而被广泛应用于伺服电机、步进电机、直流电机等传动系统中。其作用就是在保证精密传动的前提下，主要被用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比。行星齿轮减速机主要传动结构为：行星轮，太阳轮，内齿圈。行星减速机因为结构原因，单级减速最小为3，最大一般不超过10，常见减速比为：3/4/5/6/8/10，减速机级数一般不超过3，但有部分大减速比定制减速机有4级减速。相对其他减速机，行星减速机具有高刚性、高精度(单级可做到1分以内)、高传动效率(单级在97%-98%)、高的扭矩/体积比、终身免维护等特点。因为这些特点，行星减速机多数是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。行星减速机额定输入转速最高可达到18000rpm(与减速机本身大小有关，减速机越大，额定输入转速越小)以上，工作温度一般在-25℃到100℃左右，通过改变润滑脂可改变其工作温度。精密行星减速机因搭配伺服电机所以背隙等级(弧分)相当重要，不同背隙等级价格差异相当大，行星减速机可做多齿箱连结最高减速比达100000。

二、行星减速器工作原理与齿轮轴性能分析

目前，服务于工业中的行星减速器主要是有二级或者三级工艺加工生产的，这种加工工艺对于减速器齿轮轴的精度要求很高，所以制造行星减速器的要求会很高。行星减速器的工作原理主要是通过主动转轴连接浮动齿套，再通过浮动齿轮将传输动力以及减速动力传输给太阳轮，太阳轮会将这两种动力传输给分布在太阳齿轮周围的太阳星轮，行星轮在旋转的同时会会绕着太阳轮以及固定内齿轮转动，通过以上的简单分析，我们发现齿轮轴在行星减速器中的作用是必要而且是非常重要的，并且能够起到关键性的作用，由此我们知道齿轮轴的重要性，齿轮轴作为行星减速器的核心关键技术，主要连接传输动力以及减速动力，所以行星减速器的齿轮轴建工工艺要严密并且精湛，否则会影响到整个行星气器的安全以及使用。在齿轮轴的机加工过程中，制作齿轮轴材料的选择也是重中之中，因为这直接影响到齿轮抽的使用寿命以及行星器的安全。齿轮轴主要是传输动力的中间介质，齿轮轴的工作形式要求其必须承受强大的压力以及负荷，这对齿轮轴的性能要求极其高，因此，对于齿轮轴的材料选择要求其首先具有耐磨性、以及承压性。在这样的条件下，一般性的首选材料是碳钢，但选择碳钢之后首先进行淬火加回温的不断锻造，以保证其耐磨性，这就是所谓的热处理技术。热处理技术是非常繁琐并且要求极高的吗，对于精度的要求非常高，并且必须达到要求才能使用，只有这样才能保证齿轮轴的耐磨性以及承压性，使其具有极高的综合性能。

三、行星减速器齿轮轴热处理技术与机械加工工艺研究

上文，我们已经简单介绍了行星齿轮轴热处理技术，以及行星齿轮轴的简介，我们都已经基本了解行星齿轮轴的工作原理，那么，笔者将简单介绍行星减速器齿轮轴的热处理技术以及机械建工工艺的研究，以期望提高我国的行星齿轮轴热处理技术与机械加工工艺。由于行星减速器齿轮轴的机构非常复杂，材料选择也十分严苛，因此对于行星减速器的齿轮轴热处理技术要求也极高，为了使得齿轮轴能够更坚韧，保证其较强的耐磨性和抗压性，充分发挥其优良的性能，我们的热处理技术主要是正火、调制、淬火加低温调制。齿轮轴的机械加工工艺主要分为下料、锻造、正火（预备热处理）、毛坯粗加工、整体调制（中间热处理）、半漕加工、滚淬火、低温回火、（最终热处理）、磨削、以及检验。这是齿轮轴机械加工工艺的过程，其中的任何一步都关系到齿轮轴最终形成的合格性能。因此，我们如果想要提高我国的行星减速器齿轮轴的热处理技术以及机械加工工艺，就必须在这些步骤中多加研究。

本文笔者通过实际研究操作，重点介绍了行星减速器齿轮轴热处理技术以及加工工艺的研究。齿轮轴质量的好坏以及处理技术的好坏将之间影响到行星减速器的使用效果。通过时间证明，优化生产后的行星减速器比传统知道工艺生产的使用效果要良好许多，使用寿命要延长一倍，稳定性能也获得了极大地提高，综合性能分析性能要提高许多。但这并不是我们的最终目标，我们前进的脚步换不能懈怠，我们还需要不断的努力研究，争取做最好的行星齿轮轴热处理技术以及机械加工工艺的研究。

作者:闫自有 单位:云南东源煤电有限公司一平浪煤矿

参考文献：

[1]韩荣东，吴立新，龚桂仙，张友登.变速箱齿轮轴断裂分析[A];全国冶金物理测试信息网建网30周年学术论文集

汽车常用制造工艺简介 第6篇

铸造是将熔化的金属浇灌入铸型空腔中，冷却凝固后而获得产品的生产方法，在汽车制造过程中，采用铸铁制成毛坯的零件很多，约占全车重量10%左右，如气缸体、变速器箱体、转向器壳体、后桥壳体、制动鼓、各种支架等。制造铸铁件通常采用砂型。砂型的原料以砂子为主，并与粘结剂、水等混合而成。砂型材料必须具有一定的粘合强度，以便被塑成所需的形状并能抵御高温铁水的冲刷而不会崩塌。为了在砂型内塑成与铸件形状相符的空腔，必须先用木材制成模型，称为木模。炽热的铁水冷却后体积会缩小，因此，木模的尺寸需要在铸件原尺寸的基础上按收缩率加大，需要切削加工的表面相应加厚。空心的铸件需要制成砂芯子和相应的芯子木模(芯盒)。有了木模，就可以翻制空腔砂型(铸造也称为“翻砂”)。在制造砂型时，要考虑上下砂箱怎样分开才能把木模取出，还要考虑铁水从什么地方流入，怎样灌满空腔以便得到优质的铸件。砂型制成后，就可以浇注，也就是将铁水灌入砂型的空腔中。浇注时，铁水温度在1250—1350度，熔炼时温度更高。

2.锻造

在汽车制造过程中，广泛地采用锻造的加工方法。锻造分为自由锻造和模型锻造。自由锻造是将金属坯料放在铁砧上承受冲击或压力而成形的加工方法(坊间称“打铁”)。汽车的齿轮和轴等的毛坯就是用自由锻造的方法加工。模型锻造是将金属坯料放在锻模的模膛内，承受冲击或压力而成形的加工方法。模型锻造有点像面团在模子内被压成饼干形状的过程。与自由锻相比，模锻所制造的工件形状更复杂，尺寸更精确。汽车的模锻件的典型例子是：发动机连杆和曲轴、汽车前轴、转向节等。

3.冷冲压

冷冲压或板料冲压是使金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的加工方法。日常生活用品，女口铝锅、饭盒、脸盆等就是采用冷冲压的加工方法制成。例如制造饭盒，首先需要切出长方形并带有4个圆角的坯料(行家称为“落料”)，然后用凸模将这块坯料压入凹模而成形(行家称为“拉深”)。在拉深工序，平面的板料变为盒状，其4边向上垂直弯曲，4个拐角的材料产生堆聚并可看到皱褶。采用冷冲压加工的汽车零件有：发动机油底壳，制动器底板，汽车车架以及大多数车身零件。这些零件一般都经过落料、冲孔、拉深、弯曲、翻边、修整等工序而成形。为了制造冷冲压零件，必须制备冲模。冲模通常分为2块，其中一块安装在压床上方并可上下滑动，另一块安装在压床下方并固定不动。生产时，坯料放在2块冲模之间，当上下模合拢时，冲压工序就完成了。冲压加工的生产率很高，并可制造形状复杂而且精度较高的零件.

4.焊接

焊接是将两片金属局部加热或同时加热、加压而接合在一起的加工方法。我们常见工人一手拿着面罩，另一手拿着与电线相连的焊钳和焊条的焊接方法称为手工电弧焊，这是利用电弧放电产生的高温熔化焊条和焊件，使之接合。手工电弧焊在汽车制造中应用得不多。在汽车车身制造中应用最广的是点焊。点焊适于焊接薄钢板，操作时，2个电极向2块钢板加压力使之贴合并同时使贴合点(直径为5—6l的圆形)通电流加热熔化从而牢固接合。2块车身零件焊接时，其边缘每隔50—100l焊接一个点，使2零件形成不连续的多点连接。焊好整个轿车车身，通常需要上千个焊点。焊点的强度要求很高，每个焊点可承受5kN的拉力，甚至将钢板撕裂，仍不能将焊点部位分离。在修理车间常见的气焊，是用乙炔燃烧并用氧气助燃而产生高温火焰，使焊条和焊件熔化并接合的方法，

还可以采用这种高温火焰将金属割开，称为气割。气焊和气割应用较灵活，但气焊的热影响区较大，使焊件产生变形和金相组织变化，性能下降。因此，气焊在汽车制造中应用极少。

5.金属切削加工

金属切削加工是用刀具将金属毛坯逐层切削;使工件得到所需要的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。金属切削加工包括钳工和机械加工两种方法-，钳工是工人用手工工具进行切削的加工方法，操作灵活方便，在装配和修理中广泛应用。机械加工是借助于机床来完成切削的，包括：车、刨、铣、钻和磨等方法。

1)车削：车削是在车床上用车刀加工工件的工艺过程。车床适于切削各种旋转表面，如内、外圆柱或圆锥面，还可以车削端面。汽车的许多轴类零件以及齿轮毛坯都是在车床上加工的。

2)刨削：刨削是在刨床用刨刀加工工件的工艺过程。刨床适于加工水平面、垂直面、斜面和沟槽等。汽车上的气缸体和气缸盖韵乎面、变速器箱体和盖的配合平面等都是用刨床加工的。

3)铣削：铣削是在铣床上用铣刀加工工件的工艺过程。铣床可以加工斜面、沟槽，甚至可加工齿轮和曲面等旧铣削广泛地应用于加工各种汽车零件。汽车车身冷冲压的模具都是用铣削加工的。计算机操纵的数控铣床可以加工形状很复杂的工件，是现代化机械加工的主要机床。

4)钻削及镗削：钻削和镗削是加工孔的主要切削方法。

5)磨削：磨削是在磨床上用砂轮加工工件的工艺过程。磨削是一种精加工方法，可以获得高精度和粗糙度的工件，而且可以磨削硬度很高的工件。一些经过热处理后的汽车零件，均用磨床进行精加工。

6.热处理

热处理是将固态的钢重新加热、保温或冷却而改变其组织结构，以满足零件的使用要求或工艺要求的方法。加热温度的高低、保温时间的长短、冷却速度的快慢，可使钢产生不同的组织变化。铁匠将加热的钢件浸入水中快速冷却(行家称为淬火)，可提高钢件的硬度，这是热处理的实例。热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。退火是将钢件加热，保温一定时间，随后连同炉子—起缓慢冷却，以获得较细而均匀的组织，降低硬度，以利于切削加工。正火是将钢件加热，保温后从炉中取出，随后在空气中冷却，适于对低碳钢进行细化处理。淬火是将钢件加热，保温后在水中或在油中快速冷却，以提高硬度。回火通常是淬火的后续工序，将淬火后的钢件重新加热，保温后冷却，使组织稳定，消除脆性。有不少汽车零件，既要保留心部的韧性，又要改变表面的组织以提高硬度，就需要采用表面高频淬火或渗碳、氰化等热处理工艺。

7.装配

小汽车齿轮的加工工艺简介 第7篇

保证涂装前处理的质量，对碱性清洗常用材料及化学特性进行了研究。介绍了碱性脱脂剂相关的选用标准和详细的清洗工序、检测方法及工艺维护内容对清洗液的发展趋势和进展作了说明。

1．碱性脱脂剂

金属表面油污可以通过机械和化学方法去除，化学方法包括溶剂清洗、乳化清洗和碱性脱脂剂等。碱性清洗是汽车涂装前处理中最常采用的化学除油方式。碱性清洗使用了合成洗涤剂和表面活性剂，生命周期较长，性能稳定、易于控制和处理、适应范围广。碱性脱脂剂的典型构成包括碱性物质、表面活性剂、消泡剂、缓蚀剂、螯合剂以及抗硬水剂等。通常为单

组分或双组分。一般单组分为粉末形式，双组分为液—液形式，也有粉—液形式。

碱性脱脂剂用量一般为2%—10%。清洗方式包括喷淋、浸泡、喷浸结合的形式。浸泡清洗效率低于喷淋清洗效率，但浸泡时溶液较易达到工件内腔部位，所以复杂工件清洗最好采用喷淋和浸泡联合处理。喷淋时间为60—90s，浸泡时间为3—5min。脱脂溶液温度一般为45—65℃。具体时间、温度、浓度随清洗剂的种类和基材的不同而不同。

2．碱性脱脂剂的选择

碱性脱脂剂的基本要求是在工艺温度下具有较好的除油能力、无异味、符合特定环保要求、易于水洗、化学性质稳定、正常存放条件不发生化学变化、对基材影响小。选择清洗剂要考虑被去除的油脂类型（灰、蜡、油、结晶盐等）、转化膜类型、工件大小、类型和材质等。磷化前的清洗剂，除考察溶解性、除油性、乳化性以及消泡性等，重点要考察清洗剂和基材的相互作用是否会对后续转化膜的形成产生影响，即清洗剂会不会改变工件的表面状态（侵蚀、挂灰等），还有复杂工件因水洗不完全将清洗液带入磷化槽的影响。清洗作为前处理的组成部分，对转化膜的质量有重要影响。

处理费用是选择清洗剂的重要影响因素，包括：

化学品消耗；

额外的手工、清洗；

溢流水洗；

工件的返工和报废；

倒槽、清洗槽体以及可能对工作效率的影响；

操作管理和设备运行；

废液处理等。

这些因素都应该综合考虑，以保证较低的处理费用。同时，要充分考虑产品的质量保证能力、技术服务及时性和解决问题能力等。

3．工艺维护

好的前处理产品需要正确的使用和维护，才能发挥最佳效果。清洗剂通过物理化学作用使油污脱离工件表面进入溶液，这些油脂在槽液中聚集。当循环泵打开时，固体颗粒沉积到

槽子底部，油脂和有机杂质则漂在溶液表面。撇除表面油脂、定期清除底部沉渣，可以延长整个槽液使用寿命，并减少对后续工序的影响。通过槽液溢流也可以减少槽液表面的浮油和有机杂质，但需要消耗更多的药剂。槽液对污物有一定容纳能力。超过这个限度，清洗剂会失效，需要进行油水分离处理或重新配制清洗液。否则，将严重影响清洗质量，对后续工序产生影响，导致更多的人工处理或返工等。影响槽液寿命的因素，除清洗剂本身性能外，还包括链速、工件体积和类型及被清除油的类型等。脱脂除油需要控制的工艺参数包括时间、浓度、温度、机械作用、沥干时间、槽液油脂含量、杂质含量以及水洗的污染度等。对这些项目必须进行监测、记录，使之维持在正常的参数范围内。对清洗设备进行日常和周期性的维护也十分必要，保证在生产状态下，循环提升系统、加热系统、槽体以及喷嘴、油水分离器等，正常运转并发挥最大功效。清洗后的水洗是为了去除残留的碱性脱脂剂和松动的油脂，一般为室温自来水，最后水洗最好用新鲜的自来水。如果清洗不彻底，表面除油不净或有污物残留，将导致涂装缺陷，影响涂层结合力、最终涂装性能和涂层装饰效果，导致工件返修，甚至造成产品报废。要认识到，良好的涂装质量需要高质量的前处理来保证，高质量的前处理需要高效能的脱脂剂。

为获得最佳清洗效果，应严格控制槽液在工艺参数范围内，经常倒槽清淤，难清洗的工件可进行预擦。两个清洗槽比一个清洗槽效果好，而且节省药剂。大型脱脂槽应配备油水分离装置。对于质量要求高的涂装，还要配备除铁粉装置，脱脂前设立单独热水冲洗工序等。具体的细节需要在设计阶段考虑。

4．展望

应尽量采用低碱度、低工作浓度的清洗剂。同等条件下，浓度越低带出消耗越少，清洗剂越节省，同时水洗消耗也越少，也就越经济。现已开发出无水洗清洗剂，并已投入生产实践。此清洗剂与有水洗清洗剂的性能、成本基本相同，但可以节省大约30%用水，同时污水处理量大为减少。

液态清洗剂已大规模使用，可以满足涂装车间无尘操作、实现滴加泵自动滴加等自动化要求，并解决了粉剂不易溶解、结块堵塞管道喷嘴的问题。同时，使槽底沉淀大量减少，减少了清槽次数。

从质量角度出发，建议大型汽车厂对汽车用板进行全方面管理。对于前处理，一方面要求根据板材油脂情况选择适当的清洗剂，另一方面要求供货商供应板材的防锈油脂种类相对稳定，最好由生产厂家开发专用的防锈油脂。

机械作用有利于提高清洗质量。如喷淋、超声波等的应用，可降低化学品浓度，减少化学品的消耗与排放，减少对环境的影响。

随着环保要求的提高，目前比较流行研究应用生物可降解表面活性剂，对于活性剂，清洗剂要求无磷、无硅和低COD/BOD排放。虽然此方面的研究工作已开展30多年，但是目前还没有一种无磷助剂能够同时保证去污能力、对人体和环境无危害和潜在危害、成本较低这3项要求。现在已研究出无磷脱脂剂，但成本高，应用还有一定的阻力。

面齿轮磨削加工工艺参数的优化 第8篇

面齿轮传动是一种圆柱齿轮与圆锥齿轮相啮合的齿轮传动,它具有诸多优点和几何特性[1]。磨削一般作为面齿轮的最终加工工序,因其成形机理复杂,影响加工因素多,加工参数在线检测困难,所以磨削加工过程的工艺方案优选是困扰制造企业的难题[2,3]。为实现高质量、高精度、高效率、低耗能的加工目标,需研究各个磨削工艺参数对加工目标的影响规律,找出最佳的工艺参数值,确定优化的工艺方案。

在工艺参数优化研究方面,国内外学者已进行了大量研究。Venkata等[4]为获取最高生产率,采用了多种进化算法对多道铣削的工艺参数进行优化。Yildiz[5]以生产成本最低为目标函数,提出了一种田口-差分进化混合优化算法,实现了多道车削加工过程中的工艺参数优化。Savadamuthu等[6]采用遗传算法对车削过程的工艺参数进行了优化。Ho等[7]将正交试验与遗传算法相结合,以表面粗糙度为研究目标,使表面粗糙度的预报误差达到4.06%。以上文献虽均采用进化算法进行求解,但不足之处在于仅考虑单目标函数,没有综合考虑更多的优化目标。在面齿轮磨削工艺参数优化程中,需考虑使加工质量和加工效率在给定条件下尽可能最佳的多目标优化问题。为解决多目标优化问题,Wang等[8]采用加权法将多目标函数转化为单目标问题,但该方法的缺陷在于其加权系数较难确定。马廉洁等[9]结合遗传算法与BP神经网络对微晶玻璃点磨削工艺参数进行了双目标优化,但优化时只考虑了变量的上下限约束条件。

本文在前述研究的基础上,结合碟形砂轮磨齿的特点,综合考虑齿面表面质量、磨削效率等工艺要求和主要约束条件,建立碟形砂轮磨削面齿轮的工艺参数的多目标非线性数学模型,并运用内点罚函数法和遗传算法相结合的策略对此多目标问题进行优化。

1 面齿轮数控磨削工艺参数分析

数控磨削作为面齿轮加工的最终加工工序,其工艺参数的优化重点是:既要保证工件的加工质量,又要考虑数控磨削的加工效率。本文采用数控六轴五联动磨床,加工方式为碟形砂轮磨削面齿轮,其工艺参数包括磨削用量(砂轮磨削速度、进给速度、切深)和碟形砂轮特性参数(主要包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、浓度、砂轮形状尺寸、硬度等)[10]。磨削用量的选取是否合适将直接影响磨削温度、工件表面粗糙度和加工时间。较大的砂轮磨削速度会使工件表面温度上升、表面粗糙度减小、单位时间内金属去除率提高;进给速度的增大会使表面粗糙度恶化;切深的增大会使工件表面温度升高。砂轮参数的选择应保证磨削表面质量,如粗糙度、金相组织等。砂轮参数中的磨料选择主要根据工件材料类型确定,本文中工件材料为18Cr2Ni4WA,则一般采用具有较好切削性和自锐性的白刚玉较为合适;砂轮粒度的大小选择对加工表面粗糙度有直接影响,根据加工工序的不同和加工精度的要求,精磨时一般选用粒度为60~80#;砂轮硬度是以工件材料的硬度大小为前提进行选择的,工件材料硬度越大,则选取的砂轮硬度越小,但不宜过小,否则将因易脱落而影响砂轮寿命。为减少设计变量、简化数学模型,在此仅考虑将磨削用量作为面齿轮磨削工艺参数的主要优化对象,而将碟形砂轮的相关参数选定为D300×25×127WA 80L5R35。

2 工艺参数优化的数学模型

2.1 设计变量

根据上述对碟形砂轮数控磨削面齿轮的工艺参数的分析,本文取磨削用量三个参数即砂轮磨削速度vs、进给速度vf、切深ap且分别记为x1、x2、x3作为磨削加工工艺优化问题的设计变量,即

2.2 目标函数

2.2.1 磨齿效率

对于面齿轮磨齿加工,在确保齿轮加工质量与避免齿面烧伤的前提下,应尽可能提高加工效率、缩短磨齿时间。而单件齿轮磨削加工时间T包括基本时间T1、辅助时间T2、加工场所准备时间T3、休息时间T4、磨齿加工准备时间T5等。本文建立的磨削加工时间T的数学模型如下:

对于齿轮参数一定的单件齿轮除了T1,其他时间基本上是不变的,故要提高效率、缩短磨削加工时间只能通过优化T1来实现。建立基本时间T1模型[11]如下:

式中,d为齿轮分度圆直径,mm;Z为齿轮齿数;b为磨削齿轮宽度,mm;z为齿轮磨削余量,mm。

2.2.2 表面质量

面齿轮磨齿加工后的表面质量直接影响其物理、化学及力学性能,面齿轮的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于其表面质量。一般而言,提高产品的表面质量会在很大程度上提高其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳破损能力。磨齿的表面质量包括齿面表面粗糙度、表面硬层深度等,常用表面粗糙度Ra对其进行评价。磨削工艺参数与零件的加工表面质量指标及其磨削过程指标间存在一定的幂函数关系,本文采用以砂轮磨削速度、进给速度、切深为变量的表面粗糙度经验公式[12]:

其中,A为常数项,t、b、c分别为切深、进给速度、砂轮磨削速度的指数,其大小需针对具体加工条件,通过磨削试验数据统计分析,并经多元回归数值分析计算得到,本文中A=2.56,t=0.12,b=0.10,c=-0.48。

2.3 约束条件

2.3.1 表面粗糙度约束条件

齿轮表面粗糙度对其使用性能和寿命有非常重要的影响。因此磨齿时一个重要的指标就是齿面表面质量,即表面粗糙度不能超过给定的范围Ramax,即

首先将A、t、b、c的值代入式(4),再由所得的式(4)代入式(5)并联立式(1),整理可得表面粗糙度约束方程G1(x):

2.3.2 磨削烧伤约束条件

齿轮磨削时为了防止齿面磨削烧伤,需满足以下防止烧伤的条件[13]:

式中,Cb为由工件材料和砂轮类型决定的磨削烧伤临界系数[13],Cb=1920m·mm/min;ds为砂轮的直径,mm。

将Cb值代入式(7)且联立式(1)可得磨削烧伤约束方程G2(x):

式中,x1的单位为m/min;x3的单位为mm。

2.3.3 磨削功率约束条件

齿轮磨削时磨削功率需满足一定要求,必须在主轴功率的范围之内:

式中,0.0358(apvfvs)0.7为切削功率[14];η为机床主电机到主轴间传动效率,取η=0.95[14,15];Pc为主电机功率。

将η值代入式(9)且联立式(1)可得磨削功率约束方程G3(x):

2.3.4 磨削用量边界约束条件

磨齿时要选取最佳的磨削用量,切深、进给速度、砂轮磨削速度不能超过许可范围,变量边界条件为

将上述三式联立式(1)整理可得

综上,这是一个含2个目标函数(F1(x)、F2(x)),3个性能约束条件(Gi(x),i=1,2,3),6个边界条件(Gi(x),i=4,5,…,9)的三维非线性优化设计问题,即

3 优化方法选择

根据前面所建立的工艺参数优化模型和约束条件类型可知,本文所要求解的问题是一个多目标非线性约束的优化问题。通过对上述类型数学模型分析可发现,无法找到一个单一的某一个点让这两个目标同时达到最小。对于该类实际应用问题一般是采取从多目标优化问题的Pareto最优解集合中挑选一个或一些解作为所求多目标优化问题的最优解[16]。目前存在多种求解多目标优化问题的方法,如线性加权法、理想点法等;针对约束优化问题的处理办法现主要有丢弃法、修理法、修改遗传算子法和惩罚函数法。这些求解方法各有优势与弊端。本文采用内点罚函数法与遗传算法相结合的策略进行求解。多目标优化问题描述如下:

式中,X为待优化的变量;fi(x)为待优化的目标函数;r为变量个数;s为目标函数个数;g(x)为约束条件函数;p为约束条件个数。

3.1 内点罚函数法(内点法)

内点罚函数法[16]的基本思想是在可行域内部,将不等式约束构造成一种惩罚函数,使原本有不等式约束的问题转化为一系列的无约束寻优问题。由于这种罚函数方法的寻优路线是从可行域内部逐渐逼近最优点的,故称内点罚函数法,也称内点法。它一般适用以下类型的优化问题:

式中,minf(x)为求最小目标函数;Gj(x)为不等式约束函数条件。

构造惩罚函数为

式中,μ为惩罚因子;为惩罚项。

本文参照内点法构造惩罚函数原理,将面齿轮磨削工艺参数优化的数学模型(式(20))中3个性能约束条件(Gi(x),i=1,2,3)作为罚项加入目标函数(f1(x)、f2(x))构成罚函数,即

则面齿轮磨削工艺参数优化的多目标约束数学模型(式(20))就转化为

可以看出,式(23)是一个仅含变量上下限约束条件的多目标优化问题。

3.2 基于遗传算法的多目标优化算法

函数gamultiobj[17]受控的精英遗传算法是NSGA-Ⅱ算法的改进型,它包含在MATLAB遗传算法与直接搜索工具箱(GADST)中。该函数适用于求解只含变量上下限约束条件和线性约束条件的多目标问题。面齿轮磨削工艺参数优化的多目标数学模型即式(20)经内点法处理后,已转化为式(23),式(23)只含变量上下限约束条件无非线性约束条件,显然符合函数gamultiobj适用范围,则本文利用函数gamultiobj对式(23)进行求解。本文采取通过GUI界面调用的方式,即:首先,将式(23)中罚函数(M1(x)、M2(x))编辑成m文件作为适应度函数,并命名保存在函数gamultiobj界面工作目录下以便调用;其次,打开函数gamultiobj界面并输入其所需相关参数(种群大小、迭代次数等);最后,运行该界面即可。

综上所述,面齿轮磨削工艺参数优化的多目标优化问题求解的基本流程如下所示:

(1)确定惩罚因子μ的值。根据内点法惩罚因子选取的原则,需经多次试验调整和运行程序以确定合适的值。

(2)编写面齿轮磨削工艺参数优化的适应度函数m文件。首先将式(3)、式(4)、式(6)、式(8)、式(10)代入式(22)中形成罚函数;再通过MATLAB程序编辑器将罚函数形成m文件作为本次研究中的适应度函数。

(3)通过GUI界面调用函数gamultiobj并确定有关设置参数。需设置的有关参数主要有:种群大小、进化代数与停止代数、交叉概率、变异概率、最前端系数、适应度函数值偏差。

(4)在函数gamultiobj界面输入适应度函数、变量个数值、变量上下界以及线性约束条件。本文所研究的变量个数为3,即x1、x2、x3;变量上下界分别为变量边界条,即式(14)~式(19)中各个变量(x1、x2、x3)的最大值和最小值;线性约束条件本文中为空。

(5)开始求解。

4 优化仿真及实验

仿真中面齿轮参数及加工参数如表1所示。

4.1 优化仿真

本文以MATLAB 7.6为平台,先将上述面齿轮加工参数代入适应度函数,再运用遗传算法与直接搜索工具箱(GADST)。经多次运行MATLAB程序和试算后,确定合适的有关参数如下:惩罚因子μ=0.0001、设置的种群大小为80、进化代数与停止代数也均为80、交叉概率为0.8、变异概率为0.01、最前端系数为0.2、适应度函数值偏差为1×10-10,其余设置为默认。

通过程序运行结束后,将Workspace中得到的Pareto解集及x对应的适应度函数值列于表2。同时根据表2中磨削时间T1和表面粗糙度Ra的值利用MATLAB程序绘制适应度函数Pareto解第一前端个体分布图,见图1。

由图1可以清晰地了解到两个适应度函数的Pareto解分布情况,同时也可看出无法找到某一个点使两个优化目标函数值同时最小。而表2中优化结果则表明:采用内点法与基于遗传算法的多目标优化算法相结合的优化策略对面齿轮磨削工艺参数进行多目标优化时,可以找到多组工艺参数对磨削面齿轮进行加工指导;多组操作参数在协调多个生产目标上各有优劣。因此,生产者可以从多组的优化参数中找到一组或几组操作参数来对当前的生产状况进行相应调整,这体现了该方法的优势。

根据面齿轮磨削加工的实际情况可知:表2中第1组~第5组数据显示磨削基本时间T1较短,但其值与生产实际不符且表面粗糙度值较大;第9组~第16组数据显示表面粗糙度值Ra较小,但生产效率较低。故当表面质量要求较高时可选表2中第8组中的磨削用量;当要求生产效率要求较高时可选第6组中的磨削用量;当生产效率与表面质量同时要求较高时可选择第7组中的磨削用量。此三组相对应的性能约束函数值(表3)均为负值且各设计变量优化值均在相对应的边界范围内,故满足前述约束条件。

4.2 实验

为了验证优化方法及结果的有效性,依据工艺参数优化实验的方法设计并进行实验。本次实验在叶片磨床QMK50A进行,磨轮为碟形砂轮(D300×25×127WA80L5R35),磨削液用水基成磨削液,齿轮热处理为HRC56~63;其他面齿轮有关加工参数与仿真相对应相同。对选用的磨削用量每组做三次实验,并采用德国生产的表面轮廓仪Hommel Werke T800(精度可达0.001μm)测量表面粗糙度,取样长度为0.8mm,评定长度为取样长度的6倍,面齿轮磨削面Ra测量三次,取其平均值作为实验的表面粗糙度实测值。实验后测量结果如表4所示。

表4列出了三组磨削面齿轮优化前的有关数据,其中数据1是要求高生产效率时所选的磨削用量;数据2是要求高表面质量时所选的磨削用量;数据3是同时要求生产效率和表面质量时所选的磨削用量。通过对比优化前后的相关结果,可以看出优化后的工件表面质量与加工时间都有一定的改善。另外,优化后的磨削基本时间相对误差的最大绝对值为5%,表面粗糙度相对误差的最大绝对值为10.4%,在误差允许范围内。

5 结论

(1)针对面齿轮磨削加工,建立了以磨削基本时间和表面粗糙度为加工目标函数的优化数学模型,通过该模型确定了加工目标与磨削用量参数(砂轮磨削速度、进给速度、切深)之间的非线性函数关系。

(2)提出了将内点罚函数法与遗传算法相结合的方法,利用内点罚函数算法将有约束的优化问题转化为无约束问题和函数gamultiobj求解多目标优化问题,对面齿轮磨削工艺参数的多目标优化模型进行求解。