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什么是磨齿,什么是研齿?各有什么优缺点?
发表时间:2018-11-26 15:10

  01

  引言

  目前,复杂齿形的精整加工还是个难题,如弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮(螺旋锥齿轮)的精整加工仅仅局限在磨齿与研齿。

  磨齿成本高、效率低,难以大范围应用。

  研齿材料去除率低,难以校正齿形误差,仅能起到降低表面粗糙度的作用。

  02

  研齿

  研齿加工属于一种精加工,研齿最重要的目的在于降噪和改善轮齿表面接触状况。

  研齿是修正淬硬齿轮微小齿形误差和改善表面质量的一种精加工方法。

  由于前面工序的切齿加工或热处理变形引起的误差,会导致啮合精度下降,研齿的目的就是精化轮齿的接触表面,以改善轮齿的光滑滚动特性,保证轮齿安静地啮合,提高承载能力。

  研齿是极小量金属切除过程,这一过程由与齿面相对滑动有关的速度和作用力来完成,

  研齿至少要求能够实现降噪,噪声降低的程度根据不同的研齿工艺参数以及齿轮副初始状况有所不同。研齿对噪声的改善可以通过各种精密的脉冲声级计来测量。

  研齿还要求不降低齿轮副的承载能力,从另外一个角度来说,也就是研齿不会破坏轮齿的初始接触区,最好是能够有效的改善轮齿接触区。

  研齿虽然不能像磨齿那样对齿轮副进行精确的修形,提高齿轮副的精度等级,但是通过适当的采用位置点停留控制技术、扭矩实时控制技术等,还是可以有效的改善轮齿接触区,比如说根据工艺要求增加或者减小齿廓或齿长方向的齿面鼓形,对齿面接触区在接触长度、位置和偏转状态几方面做较小的修正。

  但是,不能指望完全用磨齿来达到产品所要求的的接触区质量,也不要因为接触区质量较好而不研齿。

  采用研齿的理由:

  研齿成本低, 设备价格相对磨齿机低廉, 且研齿降低噪声效果明显;

  磨齿将齿轮强度最好的一层硬壳精华部分磨削掉了,该部分为齿轮质量最好的淬硬层部分, 但研齿不会;

  研齿的螺旋锥齿轮虽然要成对使用,但大轮与小轮的齿面共扼性最好;

  研齿是齿轮热处理后, 两个齿轮互相研磨出来, 这样的齿轮没有破坏硬壳表层,齿与齿咬合均匀, 保证了齿轮的使用寿命;

  就汽车的整个传动系统而言, 汽车后桥主减速器螺旋锥齿轮(最后一级传动) 采用磨齿后提高精度没有意义, 因为传动系统上一级的传动装置, 如变速器,分动器的精度并不太高;

  即使采用进口材料, 热处理后采用研齿工艺, 其制造成本也不会比磨齿高。

  03

  磨齿

  齿面淬硬后消除热处理变形,并进一步提高齿轮精度和改善齿面粗糙度的主要方法,目前仍以磨齿工艺为主。

  磨齿前对轮齿齿形的要求:

  3.1 轮齿的留磨余量要均匀

  由于齿轮渗碳淬火后产生变形,精度要下降1-2个等级,而磨齿则应将这些变形全部修正过来,故齿轮留磨余量的大小应由渗碳淬火后齿轮的最大变形量来确定。

  一般来说,最大变形量主要与材料的热加工性能、热处理工艺水平、齿轮的结构形式与几何尺寸等因素有关,所以留磨余量要综合考虑以上因素。

  3.2 磨前齿轮在齿根处要有一定的根切,其原因有三:

  3.2.1 从磨齿工艺上来说,要求齿根处要有一定的根切量,以起到空刀槽的作用

  3.2.2 齿轮淬火后,齿轮根部残余应力是压应力,这对提高齿轮的抗弯强度是十分有利的,而磨削齿根则会使表面的残余应力变为拉应力,会使轮齿的抗弯强度降低约17-25%。

  3.2.3 从轮齿的弯曲强度来说,要求齿轮的齿根处有一定的根切量,若磨前齿根处没有根切,则磨后齿根处会产生台阶,这样将产生较大的应力集中,严重影响齿轮的抗弯曲能力。

  3.3 磨后齿轮的渐开线长度

  应足够长,由于齿根发生根切,有可能使齿轮的磨后渐开线长度不够,导致齿轮的重合度降低,从而在啮合过程中产生振动和噪音,同时也降低了齿轮的承载能力,因此磨后齿轮应有足够长的渐开线,以保证齿轮的平稳运行。

  磨齿的优势:

  对螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮来说,磨齿可实现互换性, 不再需要成对使用, 而研齿的齿轮必须成对使用, 从而可节余部分成本;

  磨齿可提高齿轮的精度, 提高传动的准确性, 而研齿只能提高齿轮的表面粗糙度;

  磨齿可以挽救许多无法研齿配对的产品, 减少许多废品损失;

  对于国内许多钢材达不到要求, 导致热处理后变形过大的产品, 采用磨齿工艺可以修正这方面的影响, 而研齿无法实现这种效果;

  国内最先引进磨齿技术的齿轮厂家都实现了非常好的经济效益; 国外许多先进的螺旋锥齿轮生产企业, 都采用磨齿工艺:

  随着磨齿效率的提高、生产批量的增加, 制造成本会大幅度降低;

  磨齿的缺点:

  对格里森圆弧收缩齿制的螺旋锥齿轮而言,当传动比比较大时,由于螺旋锥齿轮运动副大轮齿廓形状接近于直线,因而为提高生产效率而采用成型法加工,当用筒形砂轮直接磨削齿面时,砂轮与齿面会产生全齿面接触,不仅因冷却液难以进入磨削接触区而易使齿面烧伤而且还使排屑十分困难。

  磨削区域内的瞬时温度一般可达800-1200℃,极易形成磨削烧伤并且使表面呈现多种颜色。

  颜色的变化仅仅反映了较为严重的烧伤现象,但当齿轮齿面的颜色不变时,其表层金相组织也可能已发生了烧伤而变化(即暗烧伤)。

  当在高速、重载的使用条件下,由暗烧伤所导致的齿轮齿面表层物理机械性能的丧失势必也会影响齿轮的使用性能。

  04

  总结

  不可否认,磨齿比研齿慢,而且成本更加昂贵。

  例如,一对锥齿轮磨齿需要两台磨齿机,每个齿轮需要磨两分钟;研齿同样需要两分钟,但只需要一台研齿机,此外,磨齿机的磨齿成本三倍于研齿机的研齿成本。

  然而,应用于特定领域的磨齿产品的废品率和消费者投诉都只有1%或者更低,而研齿产品则达到3-7%。废品齿轮就包含了前面所有工序的成本,还要加上材料费,因此,考虑到废品率,磨齿在成本上具有更好的经济性。

  仅仅五年前,这两种加工方法在成本上的差别非常大,更有利于研齿,然而到了今天,研究表明,随着机床技术的发展,新的砂轮磨料的产生,半精加工策略的应用以及许多其他成就的达成,磨齿有了非常光明的未来,成为非常吸引人的加工方法。


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