圆柱齿轮加工工艺进程常因齿轮的结构形状、精度等级、出产批量及出产条件不同而选用不同的工艺计划。下面列出两个精度要求不同的齿轮典型工艺进程供剖析比较。
一、普通精度齿轮加工工艺剖析
（一）工艺进程剖析
图9－17所示为一双联齿轮，皮带轮刀具，资料为40Cr，精度为7－6－6级，其加工工艺进程见表9－6。
从表中可见，齿轮加工工艺进程大致要通过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准批改及齿形精加工等。
粗车外圆及端面，留余量1.5～2mm，钻镗花键底孔至尺度φ30H12
拉花键孔
钳工去毛刺
上芯轴，精车外圆，端面及槽至要求
查验
滚齿（z＝42），留剃余量0.07～0.10 mm
插齿（z＝28），留剃余量0.0，4～0.06 mm
倒角（Ⅰ、Ⅱ齿12°牙角）
钳工去毛刺
剃齿（z＝42），江苏硬质合金皮带轮刀具厂哪里有，公法线长度至尺度上限
剃齿（z＝28），选用螺旋视点为5°的剃齿刀，剃齿后公法线长度至尺度上限
齿部高频淬火：G52
推孔
珩齿
总检入库
外圆及端面
φ30H12孔及A面
花键孔及A面
花键孔及B面
花键孔及A面
花键孔及端面
花键孔及A面
花键孔及A面
花键孔及A面
花键孔及A面
加工的地一阶段是齿坯***初进入机械加工的阶段。因为齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距散布均匀性，而这与切齿时选用的***基准（孔和端面）的精度有着直接的联系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度根本到达规则的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，关于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。
第二阶段是齿形的加工。关于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的***终加工阶段，通过这个阶段就应当加工出完全契合图样要求的齿轮来。关于需要淬硬的齿轮，有必要在这个阶段中加工出能满意齿形的***终精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是确保齿轮加工精度的要害阶段。应予以特别注意。
加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面到达规则的硬度要求。
加工的***终阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的意图，在于批改齿轮通过淬火后所引起的齿形变形，进一步进步齿形精度和降低表面粗糙度，使之到达***终的精度要求。在这个阶段中首先应对***基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会发生变形，如果在淬火后直接选用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难到达齿轮精度的要求的。以修整过的基准面***进行齿形精加工，可以使***经确可靠，余量散布也比较均匀，以便到达精加工的意图。
（二）***基准的断定
***基准的精度对齿形加工精度有直接的影响。轴类齿轮的齿形加工一般挑选鼎尖孔***，某些大模数的轴类齿轮多挑选齿轮轴颈和一端面***。盘套类齿轮的齿形加工常选用两种***基准。
1）内孔和端面*** 挑选既是规划基准又是丈量和安装基准的内孔作为***基准，既契合“基准重合”原则，又能使齿形加工等工序基准一致，只要严格操控内孔精度，在专用芯轴上***时不需要找正。故出产率高，广泛用于成批出产中。
2）外圆和端面*** 齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心方位，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小。因找正功率低，一般用于单件小批出产。
（三）齿端加工
如图9－18所示，齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱，江苏硬质合金皮带轮刀具有多少种，和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。倒棱可去除齿端的锐边，江苏硬质合金皮带轮刀具在哪定制，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。
用铣刀进行齿端倒圆，如图9－19所示。倒圆时，铣刀在高速旋转的一起沿圆弧作往复摇摆（每加工一齿往复摇摆一次）。加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端。
齿端加工有必要安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后。
（四）精基准批改
齿轮淬火后基准孔发生变形，为确保齿形精加工质量，对基准孔有必要给予批改。
对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀批改。推孔时要避免歪斜，有的工厂选用加长推刀前引导来避免歪斜，已获得较好作用。
对圆柱孔齿轮的批改，可选用推孔或磨孔，推孔出产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但出产率低，关于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。
磨孔时一般以齿轮分度圆定心，如图9－20所示，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿或珩齿有利。为进步出产率，有的工厂以金刚镗替代磨孔也获得了较好的作用。
二、高精度齿轮加工工艺特色（二）高精度齿轮加工工艺特色
（1）***基准的精度要求较高
由图9－21可见，作为***基准的内孔其尺度精度标示为φ85H5，基准端面的粗糙度较细，为Ra1.6μm，它对基准孔的跳动为0.014mm，这几项均比一般精度的齿轮要求为高，因此，在齿坯加工中，除了要注意操控端面与内孔的笔直度外，需要留必定的余量进行精加工。精加工孔和端面选用磨削，先以齿轮分度圆和端面作为***基准磨孔，再以孔为***基准磨端面，操控端面跳动要求，以确保齿形精加工用的精基准的经确度。 （2）齿形精度要求高 图上标示6－5－5级。为满意齿形精度要求，其加工计划应挑选磨齿计划，即滚（插）齿－齿端加工－高频淬火－批改基准－磨齿。磨齿精度可达4级，但出产率低。本例齿面热处理选用高频淬火，变形较小，故留磨余量可缩小到0.1 mm左右，以进步磨齿功率。
关于一种特定的镍基合金，在特定的环境中存在着多种变量，包含：浓度、温度、通风姿、液(气)流速度、杂质、磨蚀、循环工艺条件等。这些变量会产生各种各样的腐蚀问题。这些问题都能在镍及其他合金元素中找到答案。
金属镍直到达到熔点之前一直保持着奥氏体，面心立方结构。这就给韧脆转变供给了自由度，同时也大大减小了因其他金属一起并存而呈现的制作问题。在电化序上，镍比铁慵懒而比铜活波。因而，在还原性环境中，镍比铁要耐腐蚀，但没有铜耐腐蚀。在镍的基础上，加上铬之后，使合金具备了抗痒化功能，由此能够产生许多种应用规模十分广泛的合金，使他们能够对还原性环境和氧化性环境都有蕞佳的抵抗力。
镍基合金与不锈钢和其他铁基合金比较，在固溶状态下能够容纳更多的合金元素，而且还能保持很好的冶金稳定性。这些要素允许增加多种多样的合金元素，使镍基合金大量的应用在千差万别的腐蚀环境中。
镍基合金中常见的元素主要有：
镍Ni
供给冶金稳定性、进步热稳定性和可焊性、进步对还原性酸和柯性钠的抗腐蚀性、进步尤其是在氯化物和柯性钠环境中的抗应力腐蚀开裂功能。
铬Cr
进步抗痒化和高温抗痒化、抗硫化功能、进步抗点蚀、间隙腐蚀功能。
钼Mo
进步对还原性酸的抗腐蚀性、进步含氯化物水溶液环境下的抗点蚀、间隙腐蚀的功能、进步高温强度。
铁Fe
进步对高温渗碳环境的抵抗性、下降合金成本、操控热膨胀。
铜 CuCu
进步对还原性酸（尤其是那些用于空气不流转场合的***和轻氟酸）和盐类的抗腐蚀性、铜增加到镍-铬-钼-铁合金中有助于进步对轻氟酸、磷酸和***的抗腐蚀性。
铝Al
进步高温抗痒化性、进步时效硬化。
钛Ti
与碳结合，减少了热处理时发作碳化铬沉积形成的晶间腐蚀、进步时效强化。
铌Nb
与碳结合，减少了热处理时发作碳化铬沉积形成的晶间腐蚀、进步抗点蚀、间隙腐蚀功能、进步高温强度。
钨W
进步抗还原性酸和部分腐蚀的功能、进步强度和可焊性。
氮N
进步冶金稳定性、进步抗点蚀、间隙腐蚀功能、进步强度。
钴Co供给增强的高温强度、进步抗碳化、抗硫化功能。
这些合金元素中许多都能够与镍在很宽的成分规模内结合形成单相固溶体，保证合金在许多腐蚀条件下都具有杰出的抗腐蚀性。合金在完全退火的状态下，也具有杰出的力学功能，而无需忧虑制作加工或热加工中带来的***的冶金改变。许多高镍合金能够通过固溶硬化、碳化物沉积、沉积（时效）硬化和弥散强化等方式进步强度。
刀具经过砂轮刃磨后，刃口会存在不同程度的微观缺陷，在切削过程中，刀具刃口微观缺口极易扩展，加快刀具的磨损和损坏。刃口钝化是延常刀具寿命的金属切削配套技术，能有效减少或消除刃磨后的刀具刃口微观缺陷，以达到圆滑平整，提高刀具抗冲击性能，使刀具刃口锋利坚固。
刃口钝化方式可分为传统刃口钝化和特种刃口钝化。传统刃口钝化方式主要包括磨削钝化、毛刷钝化、拖曳钝化和喷砂钝化等；特种刃口钝化方式主要包括激光钝化、电火花电蚀钝化、电化学钝化和磨料水射流钝化等。
喷砂是以压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需要处理的工件表面，实现对工件表面的加工。由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，工件的表面性能和形状会发生改变。而微喷砂技术是以传统喷砂技术为基础，采用微米级尺寸的磨料颗粒来进行待加工表面处理的技术，广泛应用于材料的表面处理，包括表面清洁、表面钝化和表面形貌处理。微喷砂处理的材料去除机理，包括裂纹扩展导致的脆性去除和磨料微切削产生的塑性去除。微喷砂技术在刀具领域主要应用在表面处理方面，如涂层刀具。通过对刀具基体表面进行相应的微喷砂处理，来改变基体的表面形貌，以增加涂层与刀具基体之间的粘结力，提高刀具的切削寿命。研究表明，对刀具的涂层表面进行微喷砂处理可以增加涂层硬度，提高刀具切削寿命。微喷砂技术在刀具刃口钝化领域没有得到广泛应用，理论研究还不充分。
本文通过微喷砂技术对硬质合金刀片YT15进行刃口钝化，研究微喷砂工艺参数对刃口半径的影响以及微喷砂处理对刃口质量的影响，并分析微喷砂处理的材料去除机理。
1试验步骤
试验以喷砂压力P、磨料比重W和喷砂时间T为因素，其中磨料比重W为磨料占水和磨料总质量的比重。每个因素设4个水平，进行64组全因素刃口钝化试验，因素水平见表1。
表1 微喷砂全因素试验因素水平
采用湿式手动喷砂机，喷砂角度45°，喷砂距离8mm。磨料为320目白刚玉，微喷砂加工如图1所示。选用可转位硬质合金刀片YT15，其尺寸标准为SNMN120404，相应的材料性能见表2。通过激光共聚焦显微镜(L***，Keyence VK-X200K)对微喷砂处理后的刀片刃口进行观测，试验观测指标为刀片刃口半径r和刃口线粗糙度Ra，***终结果为三次测量后的平均值。同时对其刃口形貌进行扫描电子显微镜镜(SEM)观察，分析刃口材料去除机理。
图1 硬质合金刀具YT15微喷砂加工示意图
表2 硬质合金刀具YT15物理力学性能
2试验结果与分析
(1)微喷砂工艺参数对刃口半径的影响
图2为硬质合金刀具YT15刃口半径随微喷砂各工艺参数的变化趋势。图2a、图2b、图2c和图2d分别是在喷砂时间为20s、30s、40s和50s时刃口半径随喷砂压力的变化图。对比发现，在相同的喷砂压力和磨料比重下，随喷砂时间的增加，刀具刃口半径增大，这实质上是材料去除随着时间累积的结果。在相同的喷砂时间和磨料比重下，随喷砂压力的增加，刀具刃口半径增大。这是因为随着喷砂压强的增加，磨料流的出口速度增加，单颗粒磨料速度也相应增加。
硬质合金可看作是硬脆材料，根据单颗粒磨料冲蚀模型可知，单颗粒磨料的材料去除量与磨料颗粒的速度的指数成正比，使得单颗粒磨料的材料去除量增加。同时磨料流速度的增加，使单位时间内有效冲击刀具刃口的磨料颗粒数量增加，刃口材料的去除量变大。因此，增加喷砂压力相当于既增加磨料比重又增加喷砂时间，两者的共同作用使刃口半径增大。
由图2分析磨料比重对刀具刃口半径的影响可知，在喷砂压力为0.2MPa和0.25MPa时，随着磨料比重的增加，刀具的刃口半径先增大而后减小；而在喷砂压力为0.3MPa和0.35MPa时，随着磨料比重的增加，刀具的刃口半径呈现一直增大的趋势。同理，根据单颗粒磨料冲蚀模型分析可知，当喷砂压力较小时，随着磨料比重的增加，虽然单颗粒磨料速度减小，但是单位体积内磨料颗粒的数量增加，造成单位时间内磨料颗粒对刀具刃口的冲击次数增加，所以刃口材料的去除量变大。当磨料比重过大时，根据能量守恒可知，磨料流的速度减小很多，其中磨料颗粒的速度大幅降低，不仅减少了单颗粒磨料材料的去除量，也使单位时间内磨料对刀具刃口的冲击次数减少，进一步减少材料去除量，使得刃口半径随着磨料比重的增加先增大后减小。当喷砂压力较大时，随着磨料比重的增加，在单位时间内增加的磨料对刀具刃口的冲击次数所增加的材料去除量要多于单颗粒磨料速度降低而减少的材料去除量。总的来说，单位时间内材料去除量增加，因此在较大喷砂压力下，刀具的刃口半径随着磨料比重的增加而增加。
(a)T=20s(b)T=30s(c)T=40s(d)T=50s
图2 刃口半径随微喷砂各工艺参数的变化趋势
(2)微喷砂处理对刃口线粗糙度的影响
图3是硬质合金刀片YT15经过微喷砂刃口钝化处理前后的切削刃形貌。采用微喷砂工艺参数：喷砂压力P=0.2MPa，磨料比重W=0.1，喷砂时间T=30s。通过测量得到切削刃的相关参数见表3。
图3 未处理刀片与微喷砂刃口钝化刀片的切削刃形貌
可以发现，硬质合金刀片YT15的刃口轮廓由原来的r=6μm锐刃变成r=27μm的圆弧刃口。其切削刃形貌得到改善，刃口线粗糙度Ra由原来的0.79μm下降到0.5μm，Ry则由原来的6μm下降到3μm。这是由于微喷砂处理消除了刀具刃磨时产生的微观缺陷，改善了刃口质量。
表3 未处理刀片与微喷砂刃口钝化刀片刃口参数对比(μm)
图4是微喷砂全因素试验时硬质合金刀片YT15的刃口线粗糙度的分布情况。可以得出，硬质合金YT15刀片的刃口线粗糙度为0.3-0.8μm，满足刀片的刃口粗糙度要求。
图4 硬质合金刀具YT15刃口线粗糙度分布
(3)微喷砂刃口材料去除机理研究
刀片的微喷砂过程实质上是高速磨料射流冲击材料表面，实现材料的去除。其材料去除机理主要归结为磨料颗粒对材料的去除方式。对于脆性材料，其去除机理往往不只有脆性去除，还包括磨料颗粒的微剪切引起的塑性去除。
图5是硬质合金刀具YT15在喷砂压力P=0.25MPa、磨料目数M=320、喷砂时间T=20s和磨料比重W=0.1时的刃口形貌。可以看出，经过微喷砂处理后，刀具出现了圆弧刃口，对其圆弧刃口的区域A进行放大，可以观察刃口材料去除形成的微观形貌。通过区域B可以看出，其硬质合金中硬质相的去除多为由裂纹扩展造成的脆性断裂，这是由于棱角尖锐的磨料颗粒对于硬质相的冲击作用，使之产生径向裂纹和侧向裂纹，由于磨料颗粒的高频率冲击，进而造成侧向裂纹的扩张形成网状裂纹，达到材料的去除。对于C区域的观察，也可以发现刃口材料上存在磨料颗粒的刻划痕迹，这主要是由于具有锋利刃口的白刚玉磨料颗粒对工件材料的微切削作用导致。由于刀具材料中除硬质相成分外，还包括粘结相，其微切削作用相对于粘结相更为明显，粘结相材料先于硬质相去除，使得硬质相成分显露出来。因此微喷砂处理硬质合金刀具YT15的材料去除机理，包括由磨料冲击和水楔作用引起裂纹扩展而导致硬质相材料的脆性去除，还包括磨料颗粒的微切削作用引起的材料塑性去除。
图5 硬质合金刀具YT15微喷砂刃口形貌SEM图
小结
微喷砂处理可以对硬质合金刀具YT15刃口进行有效钝化，形成一定圆弧半径的刀具刃口。研究表明，刃口圆弧半径随着微喷砂时间和喷砂压力的增加而增大。对于磨料比重而言，在喷砂压力为0.2MPa和0.25MPa时，随着磨料比重的增加，刀具刃口半径先增大而后减小；在喷砂压力为0.3MPa和0.35MPa时，随着磨料比重的增加，刀具刃口半径呈现一直增大的趋势。微喷砂处理可有效改善硬质合金刀具YT15的刃口质量，消除微观缺陷，降低刃口线粗糙度，在结构上对刀具刃口进行钝化。硬质合金刀具YT15刃口材料的去除机理，包含由裂纹扩展而导致硬质相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。
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