小汽车齿轮的加工工艺简介

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。

3 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。