電動工具齒輪滾齒加工 返回列表頁

  電動工具的馬達(dá)均有電動工具齒輪和齒軸（由軸絕緣、矽鋼片、銅線繞組、風(fēng)扇、整流子等組成），而齒輪軸在電能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的過程中承擔(dān)了重要角色。目前電動工具用小模數(shù)齒的加工按照產(chǎn)品的不同檔次通常采用以下工藝：（1）一般產(chǎn)品材料用：45鋼、40Cr或42CrMo；工藝：滾齒齒部及軸承端高頻淬火（齒部淬透）磨軸承檔；優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單，設(shè)備及制造成本低。缺點(diǎn)：齒輪精度低，噪音大，抗沖擊性能差。
（2）中端產(chǎn)品材料：40Cr或42CrMo；工藝1：滾齒齒部及軸承端大功率超高頻淬火（齒部），淬硬層025-05mm；優(yōu)點(diǎn)：齒的變形量小，有一定抗沖擊性能。缺點(diǎn)：淬火設(shè)備昂貴，工藝要求高。工藝2：整體調(diào)質(zhì)到38-42HRC磨軸承檔中硬齒部滾齒。優(yōu)點(diǎn)：齒的精度高，無熱處理變形，綜合機(jī)械性能好。缺點(diǎn)：滾齒刀具較昂貴，工藝成本高，耐磨性較差。
（3）產(chǎn)品材料：20CrNiMo或20CrMnT工藝：滾齒滲碳淬火（齒部淬硬層厚04-08mm，留余量015-025mm）研磨中心孔磨軸承檔硬齒面刮削。優(yōu)點(diǎn)：齒輪精度高，綜合機(jī)械性能。缺點(diǎn)：滾齒刀具較昂貴，工藝成本高。
由于馬達(dá)齒軸齒數(shù)少，模數(shù)小，直徑小，螺旋角大（一般大于15），所以在高頻淬火中往往不僅引起齒部的變形，同時也使中心孔發(fā)生變形，所以在高頻淬火以后很難保證軸承檔與齒的同軸度。同時，由于淬火過程中的金相轉(zhuǎn)換（馬氏體的體積較大），熱處理變形不可避免，這就造成齒輪的精度下降。其成品噪音及壽命也因此受到不同程度的影響。此外，由于國內(nèi)供貨商的設(shè)備成本、設(shè)備現(xiàn)狀及制造成本較高，尤其是高頻淬火熱處理設(shè)備及工藝的穩(wěn)定性難以保證，因此從1999年起，為減小產(chǎn)品的噪音及保證壽命，我公司基本上采用了后兩種工藝方法。
結(jié)合實(shí)例對這兩種工藝方法的工藝及特點(diǎn)進(jìn)行分析。中硬齒面的滾削加工以電鉆為例。電鉆中的齒輪零件材料為40Cr或42CrMo，通常采用的熱處理工藝是：調(diào)質(zhì)HRC39-42，滾削設(shè)備一般采用普通滾齒機(jī)（如寧江機(jī)床廠生產(chǎn)），廠商無需增加設(shè)備投資。加工齒輪用刀具采用鈷鎢硬質(zhì)合金材料，其國內(nèi)牌號為YG8（ISO標(biāo)準(zhǔn)為K20或K30）。
由于材料技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的國外刀具廠商已經(jīng)采用超細(xì)晶粒材料（晶粒直徑小于05m），這樣的刀具具有良好的耐磨性和很高的抗沖擊性，刀具耐用度大大提高；同時該刀具采用厚2.5m左右的TiN涂層，使刀具的耐磨性能得到了極大的提高。
刀具采用0前角以方便重磨。該電動工具產(chǎn)品要求7級齒輪來傳動，故采用A滾刀加工為宜。如果電動工具產(chǎn)品要求8級齒輪，則滾刀即可滿足加工要求。
該齒輪加工工藝路線為：精車調(diào)質(zhì)處理研磨中心孔磨削滾齒。工藝分析如下：（1）由于磨削與滾齒都采用中心孔定位，所以加工基準(zhǔn)沒有累積誤差，同時滾齒后即為成品，從根本上避免了熱處理帶來的變形。（2）由于馬達(dá)軸為級傳動，雖然轉(zhuǎn)速高，但其承受的扭距不大，一般模數(shù)均在0.5-0.8mm左右，可采用一次滾削。（3）考慮到整個切削系統(tǒng)的剛性不僅包括機(jī)床與刀具的剛性，還包括工件的剛性，因此當(dāng)軸徑較細(xì)小時，需增加V形輔助支撐以增加工件的剛性。這對保證滾齒質(zhì)量、增加刀具的使用壽命有著極大的幫助。
（4）刀桿的軸向跳動和徑向跳動應(yīng)嚴(yán)格控制在0.01mm以內(nèi)。
（5）在整個切削過程中要保證充分的潤滑。
（6）通過工藝試驗(yàn)確定合理的竄刀周期，以避免刀具因過度磨損而影響使用壽命和加工質(zhì)量。
（7）刀具重涂涂層時要選擇正確的退鍍工藝，一般的化學(xué)退鍍會引起鈷的流失，從而使硬質(zhì)合金變得非常脆，極大地影響刀具的耐用度。
（8）刀具在重磨后如有磁化要進(jìn)行退磁。
為百得公司利用中硬齒面滾削工藝生產(chǎn)的齒輪圖，測試報告如所示。
硬齒面滾削工藝生產(chǎn)的齒輪圖齒輪檢測報告2.2硬齒面刮削工藝以切割機(jī)用圓柱齒輪為例。切割機(jī)中的齒輪零件材料為20CrNiMo，通常采用的熱處理技工藝是滲碳或碳氮共滲。加工工藝路線為：精車粗滾滲碳或碳氮共滲研磨中心孔磨軸承硬齒面刮削。
粗滾時可用普通機(jī)床加工，硬齒面刮削可用HAMAIN60機(jī)床。
由于硬齒刮削的加工特點(diǎn)是淬硬后只對齒輪的齒形部分作微量切削，容易磨損的滾刀頂刃部分不參與切削，只有側(cè)刀刃參與切削。故而為避免刮削時硬質(zhì)合金滾刀的頂刃參與切削，粗滾刀必須切至全齒深并作適量的根切處理。粗滾刀帶有凸角，并使?jié)L刀的齒頂高增加01-02m（如所示），粗滾的公法線一般預(yù)留015-03mm余量為宜。
帶凸角的粗滾刀示意圖刀具材料的選擇：粗滾刀采用TiN涂層高速鋼滾刀，滾刀精度為；硬質(zhì)合金為材料，國內(nèi)牌號為YG8（ISO標(biāo)準(zhǔn)為K20或K30），同時刀具涂覆約2.5m厚的TiAlN涂層，在小模數(shù)滾刀中也采用0前角以便于刀具重磨，精度采用A。工藝分析如下：（1）粗滾主要選擇特殊刀具以避免刮削時滾刀頂刃崩刃，其他與普通滾齒要求相同。
（2）由于刮削時是從硬度很高的齒表切去薄薄的一層，所以左、右刃在切削時嚙合的齒數(shù)會發(fā)生變化，造成左、右切削刃切削量的不一致，這容易引起軸向切削力的周期性波動，所以刮削加工時要使用精度和剛性好的機(jī)床（建議使用HAMAIN60機(jī)床）。
（3）為了保證整個切削系統(tǒng)的剛性，必須采用前端軸承檔定位夾緊，使工件的懸臂盡量減少以增加剛性。
（4）刮削刀刀桿的軸向及徑向跳動必須嚴(yán)格控制在0.005mm以內(nèi)。
（5）因?yàn)椴捎酶墒角邢?，故需通過工藝試驗(yàn)確定合理的竄刀周期，以避免昂貴的刀具發(fā)生過度磨損，甚至崩刃。
（6）刀具再涂層時要選擇正確的退鍍工藝，否則會對刀具的耐用度產(chǎn)生極其嚴(yán)重的影響。
由于電動工具體積小，轉(zhuǎn)速*，所以傳動比大并且主動齒輪齒數(shù)少。為了增加重合系數(shù)，提高傳動的平穩(wěn)性和承載能力，常常采用大于15的螺旋角。為了在高轉(zhuǎn)速下改善其噪聲和軸向接觸區(qū)，通常采用齒形及齒向修緣。
齒形修緣常常采用雙壓力角形式，其滾刀齒形如所示。通過修緣滾刀使齒輪的齒頂比常規(guī)減小約002mm，避免了高速運(yùn)轉(zhuǎn)時易產(chǎn)生的干涉，從而對噪聲的改善起到很大的幫助。
齒向修緣主要用于電錘馬達(dá)軸，主要依靠機(jī)床刀架在進(jìn)刀的同時在徑向產(chǎn)生位移，從而使加工齒輪的齒厚在軸向產(chǎn)生變量（兩頭薄、中間厚約為002mm），從而保證齒向的嚙合區(qū)落在有效齒長的中間，以利于提高齒的承載能力。
齒形修緣滾刀示意圖切割類電動工具由于功率一般較大（一般大于1500W），所以其大齒輪往往采用機(jī)加工以保證具有足夠的強(qiáng)度。大齒輪加工工藝路線為精車滾齒淬火磨內(nèi)孔。大齒輪的材料一般采用40Cr或42CrMo整體淬火。由于淬火后內(nèi)孔有變形，為了保證精度，需要對內(nèi)孔進(jìn)行磨削。由于滾齒時采用頂切工藝，即將齒形與齒頂園同時切出，保證了齒形與齒頂?shù)耐亩龋薀崽幚砗笾豁殞X頂進(jìn)行定位夾緊、磨削內(nèi)孔即可保證齒跳，避免了用齒形定位對內(nèi)孔進(jìn)行磨削（這種工藝的定位夾具制作非常麻煩），大大簡化了工藝，降低了制造成本。
由于盤形齒形的壁較厚，所以在熱處理時變形量小，一般不需采用硬齒面刮削（特殊精度要求的除外），而電鉆類工具功率較小，常常采用粉末冶金齒輪來降低成本，勿需切削加工。
齒輪的測量與控制目前電動工具用齒輪的測量有兩種方法：一是采用齒輪綜合測試儀（生產(chǎn)商有東京精密、哈量等）。該儀器幾乎包括了所有齒輪測量要求，可以測量周節(jié)、基節(jié)、累積跳動、齒向齒形等誤差項(xiàng)目，由于其測量的項(xiàng)目完整，在工藝分析時具有針對性，因此能有效地進(jìn)行全面質(zhì)量控制。其缺點(diǎn)是測試速度較慢。
二是齒輪嚙合儀。該儀器通過一個標(biāo)準(zhǔn)齒輪與被測齒輪嚙合來測得一個齒的徑向綜合誤差及徑向累積綜合誤差。該儀器測量效率高，多應(yīng)用于現(xiàn)場快速檢驗(yàn)。對要求較高的產(chǎn)品也可要求制造商用此方法進(jìn)行全檢。
結(jié)語齒輪傳動在電動工具齒輪的傳動系統(tǒng)中占有重要地位。采用硬齒面齒輪可以提高其承載能力，并達(dá)到小型化的目的，因此研究電動工具用小模數(shù)齒輪的加工方法和工藝具有現(xiàn)實(shí)意義。