對于大功率高速或重載齒輪傳動(dòng)，工業(yè)上已經(jīng)普遍采用低碳合金鋼進(jìn)行滲碳淬火工藝的硬齒面齒輪，對于部分非常規(guī)結(jié)構(gòu)的齒輪在滲碳淬火后產(chǎn)生變形，以致在磨齒加工時(shí)出現(xiàn)齒部臺階等表面缺陷，削弱產(chǎn)品性能，導(dǎo)致零件報(bào)廢或返工，而在磨齒機(jī)上對磨齒臺階進(jìn)行合理修整，既可以避免臺階對齒輪傳動(dòng)性能的影響也可保證齒輪加工質(zhì)量符合技術(shù)要求。

　　1 磨齒臺階形成原因

　　在齒輪齒部磨齒時(shí)，在加工到圖紙尺寸時(shí)，齒根部會出現(xiàn)凸臺，就是我們通常說的磨齒臺階，其形成原因基本可分為以下幾類：

　　齒輪結(jié)構(gòu)特殊：對于類似于齒圈等薄壁類的齒輪結(jié)構(gòu)，在滲碳和淬火過程中整體會發(fā)生比較大的徑向漲大變形和齒寬方向上錐度變形，導(dǎo)致磨齒時(shí)在部分齒的單側(cè)齒面根部或齒寬上一段齒根出現(xiàn)臺階。

　　齒輪原材料組織不均勻： 硬齒面齒輪坯通常采用低碳合金鋼鍛件，由于鋼錠及鍛造工藝的原因，齒輪坯內(nèi)部組織不均勻會導(dǎo)致在滲碳淬火過程中組織結(jié)構(gòu)變化不均勻，齒部發(fā)生熱處理變形，部分齒根磨齒時(shí)出現(xiàn)磨齒臺階。

　　熱處理裝爐不合理：齒輪在滲碳前裝爐時(shí)，通常為了提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，通常滿載，餅狀齒輪多層疊放，但對于環(huán)狀和薄壁狀等結(jié)構(gòu)剛性不足的齒輪，這樣裝爐會導(dǎo)致齒輪在滲碳淬火 830C°～930C°高溫加熱過程中發(fā)生塑性變形，同樣會出現(xiàn)嚴(yán)重的翹曲變形，磨齒時(shí)會在齒寬上某一段出現(xiàn)磨齒臺階。

　　砂輪進(jìn)深不夠： 由于齒輪變形或砂輪進(jìn)深沒有越過齒根挖根位置，在齒根處會凸出一條窄棱，形成磨齒臺階。

　　2 磨齒臺階的影響

　　齒輪根部臺階影響齒輪的傳動(dòng)性能和產(chǎn)品的可靠性，主要有以下兩個(gè)方面：

　?、儆捎邶X根部出現(xiàn)磨齒臺階，造成齒輪副嚙合時(shí)干涉，即使臺階位置已不位于嚙合區(qū)域，甚至已經(jīng)處于齒形的過渡曲線上，都會由于齒根部臺階高于齒面，在齒輪旋轉(zhuǎn)過程中與相配齒輪的齒頂干涉，在齒輪箱試車過程中就會產(chǎn)生明顯噪音和振動(dòng)。

　?、邶X面出現(xiàn)臺階說明在磨齒過程中磨削去除量過多， 超過了工藝在預(yù)切齒時(shí)的留磨量，相應(yīng)的齒面上的滲碳層深也去除過多，存在齒面滲碳層深達(dá)不到圖紙要求的風(fēng)險(xiǎn)，齒面的硬度會相應(yīng)降低，影響產(chǎn)品使用壽命。

　　3 磨齒臺階的預(yù)防和修整

　　磨齒臺階的出現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量造成負(fù)面影響，在滲碳淬火齒輪工藝設(shè)計(jì)時(shí)得綜合考慮避免磨齒臺階工藝方法和出現(xiàn)磨齒臺階后的處理方案，在非標(biāo)小批量齒輪生產(chǎn)中，避免磨齒臺階的工藝設(shè)計(jì)中主要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：①通過設(shè)置預(yù)熱處理工藝，優(yōu)化零件滲碳淬火時(shí)零件結(jié)構(gòu)等措施減小熱處理變形。②對零件加工及熱處理操作需加強(qiáng)監(jiān)督，如易變形零件裝爐時(shí)的零件下端面是否墊平和墊實(shí)，熱處理淬火設(shè)備油液循環(huán)系統(tǒng)是否良好等等。③針對變形大的零件設(shè)計(jì)專用預(yù)切齒刀具，根據(jù)圖紙要求合理設(shè)置砂輪進(jìn)深位置，需根據(jù)相應(yīng)統(tǒng)計(jì)變形數(shù)據(jù)加深滲碳工藝層深。

　　對于已出現(xiàn)磨齒臺階的情況來說，除了因?yàn)樯拜嗊M(jìn)深位置導(dǎo)致出現(xiàn)磨齒臺階只需繼續(xù)加大砂輪進(jìn)深可以消除外，其它情況出現(xiàn)的磨齒臺階均需謹(jǐn)慎操作修整。在修整磨削臺階的工藝中，參數(shù)設(shè)置不合理會導(dǎo)致砂輪頂端擦傷齒根底部或側(cè)面，由于擦傷齒根底部時(shí)的磨削量是磨削齒面約 3 倍的切削量，非常容易造成磨削燒傷，造成報(bào)廢;有的齒輪根部有噴丸強(qiáng)化要求，不允許磨削齒根，這種砂輪碰到齒根的情況更需避免發(fā)生。

　　經(jīng)分析磨齒機(jī)參數(shù)設(shè)置及其磨削過程，修整磨齒臺階必須保證不擦傷齒根，因此在磨齒機(jī)中需認(rèn)真研究兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：砂輪進(jìn)深位置 DF(齒根工作圓)和砂輪圓角系數(shù) β(砂輪實(shí)際圓角 r 和模數(shù) m 的比值)，其獲得方式及原因如下：

　?、偕拜嗊M(jìn)深既能保證磨到 dnf(漸開線起始圓，圖紙上有要求或根據(jù)相配齒輪計(jì)算出來)位置又不碰到齒輪根部，這一點(diǎn)需要獲得真實(shí)的齒輪齒根圓 df;據(jù)此在修整臺階前需在磨齒機(jī)上測量出齒輪實(shí)際齒根圓尺寸，為了獲得變形后齒輪實(shí)際最大齒根圓尺寸，需測量齒輪齒寬方向兩端處的齒根圓，圓周方向上需八點(diǎn)以上均布的測量點(diǎn)，修整臺階時(shí)砂輪實(shí)際進(jìn)深位置 DF 需遠(yuǎn)離齒輪根部 df。

　?、谟捎谏拜嗊M(jìn)深比較深，砂輪頂端圓角需保證不能擦傷齒輪根部的側(cè)面，這一點(diǎn)需重新修整后的砂輪頂端圓角 r 大于齒輪根部實(shí)際圓角 R 。齒輪根部的實(shí)際圓角 R 可從該沉淪的滾刀齒形圖中查得。

　　根據(jù)以上分析及能獲得的數(shù)據(jù)，可歸納出對于外齒在修整磨齒臺階時(shí)需輸入的磨齒參數(shù)計(jì)算公式為：

　　β(砂輪圓角系數(shù))≥R(滾刀圓角)/m(齒輪模數(shù))，r(砂輪圓角)=β*m;

　　DF(齒根工作圓)≥dnf(漸開線起始圓)-2r(砂輪圓 角)，DF(齒根工作圓)>df(實(shí)測齒輪齒根最大值)。

　　以模數(shù) 15 的大直徑滲碳淬火齒圈磨齒臺階修整為例，圖 1 為加工該齒圈定制的專用滾刀齒形，從圖中查得齒根部實(shí)際圓角為 R=4.244mm。磨齒機(jī)中砂輪圓角系數(shù) β 需大于 R/m=4.244/15=0.2829，可以取 β=0.3 輸入磨齒機(jī)，即砂輪圓角 r=0.3×15=4.5mm;從圖紙查 dnf=3199.22mm，對 于輸入 DF 值，先計(jì)算 dnf-2r=3199.22-2×4.5=3190.22mm， 該值大于從磨齒機(jī)測得齒根圓報(bào)告(如圖 2 所示)中得出的齒輪齒根最大值為 df=3182.8088mm，故在磨齒機(jī)參數(shù)中可取整輸入 DF=3191mm。按此相應(yīng)參數(shù)在成形磨齒機(jī)上修整后的磨齒臺階沒有擦傷齒根并且符合設(shè)計(jì)要求。

圖 1 專用留磨滾刀齒形圖

　　4 結(jié)論

　　通過分析磨齒臺階形成原因，量化影響磨齒臺階修整的關(guān)鍵因素，利用現(xiàn)場實(shí)際可獲得的手段進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，在成形磨齒機(jī)上可靠地進(jìn)行臺階修整加工，豐富了齒輪加工和修復(fù)手段，提高了產(chǎn)品性能可靠性和生產(chǎn)效率。