1 國(guó)外齒輪加工現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

　　1.1 降低汽車變速器中齒輪傳動(dòng)噪音，一直是汽車變速器行業(yè)的主攻對(duì)象。

　　世界上大多數(shù)國(guó)家，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)汽車變速器規(guī)定了嚴(yán)格的噪音標(biāo)準(zhǔn)。為了降低噪音，汽車齒輪行業(yè)從設(shè)計(jì)和制造兩方面作了大量的工作。在制造方面，隨著齒輪加工設(shè)備和工藝的不斷改進(jìn)，以及制造精度的不斷提高，使變速器齒輪傳動(dòng)噪音降低很多。

　　上世紀(jì)九十年代以來，國(guó)外很多汽車齒輪行業(yè)，將原有的滾、剃工藝和滾、磨(展成法磨齒)工藝，逐步用滾、高效磨(蝸桿砂輪磨齒機(jī)，成形磨齒機(jī))和滾、剃、珩(內(nèi)齒圈砂輪珩齒機(jī))工藝代替。我們熟悉的美國(guó)EATON公司在90年代就成功地研制出了細(xì)高齒雙中間軸變速器，并且在齒輪加工上，采用了滾、剃、珩工藝。

　　1.2 上世紀(jì)八九十年代，熱處理后磨齒工藝比較盛行。

　　但在變速器的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)，熱處理后磨齒工藝，產(chǎn)生的磨紋與齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)軸線平行，平行波紋產(chǎn)生諧振，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)降低噪音并不明顯。然而，熱處理后珩齒工藝產(chǎn)生的細(xì)微珩紋與齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)軸線不平行，呈斜紋狀態(tài)存在。這樣，就不會(huì)導(dǎo)致高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)諧振的產(chǎn)生，齒輪傳動(dòng)噪音得到了很大程度的降低。同時(shí)珩齒時(shí)的擠壓和振動(dòng)作用可以減少齒面熱處理的殘余應(yīng)力，增強(qiáng)齒面壓應(yīng)力，提高齒輪的使用壽命。所以，一些國(guó)外有名的汽車變速器企業(yè)，正在實(shí)施滾、剃、珩工藝，甚至發(fā)展到滾、珩工藝。世界上有名的汽車齒輪加工機(jī)床生產(chǎn)廠商，例如美國(guó)格里森-胡爾特、德國(guó)KAPP、萊斯豪爾、日本三菱公司都有強(qiáng)力珩齒機(jī)生產(chǎn)。但是，價(jià)格相當(dāng)昂貴，而且加工各種零件相配的砂輪和砂輪修整器也相當(dāng)昂貴，并且只適用于大批量生產(chǎn)。

　　2 國(guó)內(nèi)齒輪加工現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

　　2.1 上世紀(jì)九十年代，國(guó)內(nèi)很多齒輪生產(chǎn)廠家，例如一汽齒輪箱廠、上汽齒輪箱廠、綦江齒輪箱廠、陜西汽車齒輪總廠等開始采用滾、剃工藝和滾、高效磨工藝。由于高效磨齒機(jī)價(jià)格昂貴，進(jìn)口格里森磨齒機(jī)每臺(tái)價(jià)格大約在人民幣700～800萬元之間。磨齒成本高，多數(shù)廠家只是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)齒上采用此工藝，大多數(shù)齒輪仍采用滾、剃工藝。本世紀(jì)初，陜西法士特公司后來者居上，大膽地進(jìn)行技術(shù)改造，購(gòu)買了大批國(guó)外有名品牌的數(shù)控加工機(jī)床和熱處理設(shè)備，采用各種先進(jìn)加工工藝，使變速箱質(zhì)量領(lǐng)先，產(chǎn)量多年雄居世界。但是，對(duì)于大多數(shù)的小企業(yè)，由于資金不足，設(shè)備差，底子薄，想提高產(chǎn)品質(zhì)量，只能望塵莫及。

　　2.2 哈爾濱東安動(dòng)力齒輪箱廠上世紀(jì)九十年代開始采用滾、剃、珩工藝，生產(chǎn)的微型車變速器以噪音低，壽命長(zhǎng)，而雄居全國(guó)。他們的珩齒工藝采用的機(jī)床是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的YW4232剃齒機(jī)(主軸電機(jī)經(jīng)過改造)，珩輪是自己制造的環(huán)氧樹脂砂輪，珩輪幾何形狀跟剃刀的形狀一樣，珩削方法也與剃齒方法一樣，只不過剃齒是在熱前加工，而珩齒是在熱后加工，主軸轉(zhuǎn)速比剃齒高好多倍。

　　上世紀(jì)九十年代至今，環(huán)氧樹脂珩輪珩齒機(jī)在有些齒輪生產(chǎn)廠家得到了應(yīng)用。這種珩輪只能起到一個(gè)拋光作用，對(duì)齒輪的熱處理變形修正效果不佳。首先，超過4模數(shù)的齒輪，珩削力大，此環(huán)氧樹脂砂輪強(qiáng)度不夠，會(huì)發(fā)生打齒現(xiàn)象。其次，環(huán)氧樹脂砂輪脫粒很快，加工不了多少工件。

　　2.3 浙江三歡齒輪有限公司的變速器齒輪加工原來采用的是滾、剃工藝。盡管制造的齒輪在熱處理前都達(dá)到了國(guó)標(biāo)8-7-7標(biāo)準(zhǔn)。但由于20CrMnTi鋼材材質(zhì)的缺點(diǎn)，熱處理變形大。再加上生產(chǎn)中齒面殘留毛刺和磕碰，會(huì)使齒部精度大大降低，裝箱后增加了噪音。

　　為了減輕變速箱的噪音，現(xiàn)行工藝在完工檢查工序，專門增加了一道工序：在綜合檢查儀上檢查齒面毛刺，并用打磨機(jī)去掉毛刺和磕碰。至于齒面熱處理變形問題一直是滾、剃工藝解決不了的難題。近年來接到美國(guó)、西歐等國(guó)家的定單，送來的大多數(shù)樣件都是熱處理后珩齒加工出來的。為了保證質(zhì)量，只能采用磨齒加工，存在加工費(fèi)用高和生產(chǎn)效率低，盈利少的問題。

　　2.4 新的修形珩齒工藝可以解決齒面熱處理變形問題。要徹底解決齒面熱處理變形問題，必須走滾、剃、珩工藝的路子。但是，國(guó)外珩齒機(jī)價(jià)格相當(dāng)昂貴，小企業(yè)根本買不起。要走滾、剃、珩工藝的路子勢(shì)必增加生產(chǎn)成本，這是中小企業(yè)目前做不到的。那么，有沒有一種既省錢，又能解決齒面熱處理變形問題的加工方法呢?有。那就是新的CBN珩輪珩齒工藝。(立方氮化硼簡(jiǎn)稱CBN，本文暫將此工藝定為CBN珩輪珩齒工藝)。

　　為了這個(gè)目標(biāo)，我經(jīng)過二十多年對(duì)珩齒工藝的不斷改進(jìn)，做了大量的工藝實(shí)驗(yàn)，終于圓滿地完成了園柱齒輪熱處理后珩齒工藝新工藝。

　　3 新的徑向珩齒工藝的優(yōu)點(diǎn)

　　3.1. 新工藝可以有效減輕甚至消除齒形中凹現(xiàn)象

　　原先采用的軸向珩齒工藝齒面嚙合屬點(diǎn)嚙合，而且節(jié)圓附近處單對(duì)齒嚙合機(jī)會(huì)大，這樣單對(duì)齒嚙合時(shí)齒面壓強(qiáng)增大，該處切除的余量也比其他部位切除的多，從而造成節(jié)圓附近齒形中凹。而徑向珩齒齒面嚙合為線接觸，所以與普通珩齒相比增大了齒面嚙合進(jìn)給壓力的承載面積，因而可以使珩齒珩除余量大小對(duì)嚙合時(shí)嚙合齒接觸點(diǎn)數(shù)目的變化的敏感度下降，這樣就可以減緩齒形中凹的形成。

　　3.2. 有利于提高齒面粗糙度

　　徑向珩齒為多面沙粒同時(shí)切削，珩齒切削過程比軸向珩齒穩(wěn)定，磨痕相對(duì)較淺，加之沙粒粒度選擇合適，可以達(dá)到較高的粗糙度水平。

　　3.3. 珩后齒輪的齒形齒向精度穩(wěn)定性好

　　由于軸向珩齒較徑向珩齒多出一個(gè)軸向走刀運(yùn)動(dòng)，因而影響珩齒精度的環(huán)節(jié)和因素增多。首先，在同等條件下機(jī)床剛性不如徑向珩齒;其次，剃齒機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、可靠性成為影響珩齒精度的一個(gè)因素，所以軸向珩齒過程不易穩(wěn)定，珩后齒輪齒形齒向精度穩(wěn)定性也比較差。而徑向珩齒磨削時(shí)由于是線接觸，嚙合平穩(wěn)，而且無需軸向走刀，只需徑向微進(jìn)給，沒有軸向運(yùn)動(dòng)的影響，所以珩削過程穩(wěn)定，珩后齒輪齒形齒向精度比較穩(wěn)定。

　　3.4. 有利于降噪修形齒輪加工

　　根據(jù)汽車齒輪的不同用途及要求，為了降低嚙合噪聲，提高承載能力，多數(shù)汽車齒輪采用了特殊的齒形齒向修形——鼓形。對(duì)于軸向珩齒，除需要刀具齒形修形以外，還需剃齒機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有鼓形運(yùn)動(dòng)功能，這樣才能實(shí)現(xiàn)齒向鼓形修形。但由于軸向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，導(dǎo)致軸向珩齒的齒向修形很困難，主要表現(xiàn)為修形鼓形量調(diào)整困難、不穩(wěn)定。而徑向珩齒齒形齒向修形均是通過在剃齒刀齒部修磨時(shí)實(shí)現(xiàn)的，比較容易控制修形量，珩齒過程又比較穩(wěn)定，所以珩后零件修形的穩(wěn)定性比較好。

　　3.5. 珩輪耐用度相對(duì)較高

　　徑向珩齒由于多沙粒同時(shí)切削，刀具刀刃的磨損比較均勻，與軸向珩齒刀比較，其平均單沙粒磨除的金屬余量較小，因此磨損較小，耐用度也就相對(duì)較高。經(jīng)過多年的反復(fù)試驗(yàn)，終于采用了徑向珩齒工藝。

　　3.6. 對(duì)于軸向珩齒和磨齒無法解決的臺(tái)階齒加工，徑向珩齒引刃而解了。

　　最近，我在浙江三歡齒輪公司，給齒輪1838-214-006-OD設(shè)計(jì)并制造了一把珩輪，(如下圖所示)

　　下面是珩齒前的齒形齒向檢測(cè)圖。

　　此珩輪安裝在三歡公司的勞倫斯YKS4232剃齒機(jī)上，原來本想把轉(zhuǎn)速提高到2000轉(zhuǎn)/每分鐘，但機(jī)床結(jié)構(gòu)限制了轉(zhuǎn)速的提高，只能在300轉(zhuǎn)/每分鐘，實(shí)施珩齒。由于轉(zhuǎn)速低，所以光潔度只能達(dá)到3.2。為了達(dá)到1.6的光潔度，只能在另外一臺(tái)剃齒機(jī)上用環(huán)氧樹脂珩輪進(jìn)行拋光。此方法很好，即使沒有改造機(jī)床，也可以達(dá)到珩齒的要求，對(duì)熱處理所造成的齒形齒向都修正過來了。達(dá)到7級(jí)精度。見下圖。

　　齒部修形珩齒加工過的齒輪經(jīng)過裝箱試驗(yàn)，噪聲明顯降低，得到了用戶的好評(píng)。如果變速器所有齒輪采用珩齒工藝，噪音會(huì)更低。

　　4 珩輪的設(shè)計(jì)與制作及珩齒工藝

　　4.1 珩輪基體的設(shè)計(jì)和制作。

　　4.1.1 珩輪基體的設(shè)計(jì)。采用剃齒刀設(shè)計(jì)軟件，針對(duì)某一要珩齒的零件熱后的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)出珩輪基體圖紙。

　　4.1.2 珩輪基體材料的選擇。選用鋼材作為基體。

　　4.1.3 珩輪基體的加工工藝如下：

　?、傧铝?rarr;②熱鍛→③等溫正火→④粗車→⑤精車→⑥磨前滾齒→⑦去毛刺，倒棱角→⑧線切割鍵槽→⑨熱處理→⑩磨內(nèi)孔，磨端面→?磨另一端面→?磨齒→?完工檢→?清洗→?送電鍍

　　4.1.4 珩輪基體加工的關(guān)鍵工序是電鍍前的磨齒工序。我公司采用的機(jī)床是格里森-胡爾特公司出品的SRS410數(shù)控剃刀磨床?？梢孕弈コ隼硐氲溺褫嘄X形和齒向。

　　4.2 珩輪基體的電鍍。

　　4.2.1 修磨好的珩輪基體經(jīng)過在齒輪綜合檢查儀上檢測(cè)合格后，送電鍍車間電鍍。

　　4.2.2 電鍍工藝如下：

　?、倩瘜W(xué)除油→②水洗→③酸洗→④水洗→⑤電化學(xué)除油→⑥水洗→⑦活化→⑧埋砂→⑨電鍍→⑩鍍后處理

　　4.2.3 電鍍工藝關(guān)鍵是電鍍電源的選擇。

　　4.2.4 CBN材質(zhì)的選擇。

　　4.2.5 電鍍配方的選擇。

　　4.2.6 電鍍工裝設(shè)備的設(shè)計(jì)和制作。

　　4.3 珩齒工藝的研究制定。

　　4.3.1 CBN珩輪只能針對(duì)某一要珩齒的零件進(jìn)行珩齒。

　　4.3.2 珩齒機(jī)床為我公司現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)勞侖茲YKS4232數(shù)控剃齒機(jī)。

　　4.3.3 珩齒夾具要設(shè)計(jì)和制作成漲胎式珩齒夾具，以提高珩齒精度。

　　4.3.4 拋光機(jī)床也為我公司現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)勞侖茲YKS4232數(shù)控剃齒機(jī)，只不過拋光輪為環(huán)氧樹脂珩輪。

　　4.3.5 珩齒切削參數(shù)的制訂。珩輪轉(zhuǎn)速達(dá)到300轉(zhuǎn)/每分鐘。只需徑向進(jìn)給0.01mm，往返2行程，光整2行程，即可。根據(jù)零件大小，珩齒時(shí)間一般在一分鐘到四分鐘。

　　4.3.6 珩齒切削液使用剃齒切削液不用更換。

　　5 珩齒工藝注意事項(xiàng)

　　5.1 熱前齒部精度的保證很重要。所有漸開線齒輪的熱后珩齒一定要在熱前達(dá)到以下精度：

　　5.1.1 齒坯精車工序要在數(shù)控車床上，采用漲胎式精車夾具加工，要求端面對(duì)內(nèi)孔的跳動(dòng)不超過0.025mm。

　　5.1.2 滾齒工序要在數(shù)控滾齒機(jī)上，采用漲胎式滾齒夾具加工。要求摸數(shù)在3～5.5mm之間、齒數(shù)在30～60之間的圓柱齒輪齒圈跳動(dòng)不超過0.03mm,周節(jié)累計(jì)誤差不超過0.03mm。齒形齒向誤差不超過8級(jí)。

　　5.1.3 剃齒工序要注意剃刀的修形。齒形齒向誤差完全符合產(chǎn)品圖的各項(xiàng)要求。有K齒形圖要求的一定要在熱前的K齒形框內(nèi)。

　　5.2 珩前齒部精度的保證：

　　5.2.1 熱后磨孔的齒輪要在數(shù)控內(nèi)園磨床上，用節(jié)園夾具磨內(nèi)孔，要求磨后的齒圈跳動(dòng)不超過7級(jí)精度。以1838-214-006-OD為例，齒圈跳動(dòng)不大于0.03mm。

　　5.2.2 珩輪基體的齒形刃磨一定要根據(jù)熱后修形變化情況進(jìn)行修磨。若檢測(cè)到工件熱后齒形齒頂正0.005mm，那么在刃磨珩輪基體的齒形時(shí)，齒根要負(fù)的0.005mm，這樣才能達(dá)到修形的目的。

　　以上工作做好了會(huì)對(duì)熱后珩齒起到事半功倍的作用。

　　6 珩齒工藝的市場(chǎng)前景

　　此工藝是采用CBN砂輪在國(guó)產(chǎn)數(shù)控剃齒機(jī)上珩齒。CBN珩齒工藝的難點(diǎn)是要設(shè)計(jì)和制造出具有脫粒少，且切削力好的CBN珩輪。珩齒后的齒形齒向修正量可達(dá)到0.02～0.05mm ，甚至更多。齒輪的熱處理變形和磕碰完全可以修正過來。齒輪的齒形、齒向能提高一個(gè)精度等級(jí)以上，齒面表面粗糙度值Ra≦1.6以上。珩齒后齒輪使用壽命也會(huì)延長(zhǎng)。變速箱常嚙合和高速運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪若全部珩齒，噪音會(huì)明顯降低。目前，每把珩輪可以加工1000件左右齒輪，此珩齒費(fèi)用每件只需2元人民幣。珩輪用完后無需修磨就可以反復(fù)涂鍍立方碳化硼砂粒。即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。我國(guó)目前至少有幾百家齒輪加工企業(yè)，由于資金缺乏，而無力購(gòu)買價(jià)格相當(dāng)昂貴的進(jìn)口珩齒機(jī)。然而，此工藝無需購(gòu)買新設(shè)備，只要有國(guó)產(chǎn)數(shù)控剃齒機(jī)，就可以使你的齒輪產(chǎn)品質(zhì)量提高一個(gè)或二個(gè)精度等級(jí)，我們何樂而不為呢!

　　市場(chǎng)竟?fàn)幵絹碓郊ち?，要求我們的企業(yè)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的齒輪產(chǎn)品，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立足和發(fā)展。我相信經(jīng)過我們不懈地努力，新的CBN珩輪珩齒工藝的普及，必定會(huì)對(duì)我國(guó)的齒輪加工行業(yè)帶來一個(gè)很大的進(jìn)步，也會(huì)讓我們的產(chǎn)品更加具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。