车轮锻件轮齿加工方法详解

以下是行车轮轮齿加工的主要方法和详细流程：

一、 核心加工方法：切齿

切齿是轮齿成型最关键的一步。主要有以下两大类方法：

1. 成形法 (Form Cutting)

原理：使用切削刃形状与被加工齿轮齿槽形状完全相同的成型刀具，逐个齿槽地进行加工。

常用机床：

铣床：使用指状铣刀（用于大模数齿轮）或盘形铣刀在普通铣床上逐齿铣削。加工完一个齿槽后，分度头进行分度，再铣下一个齿槽。

刨齿机：使用成型刨刀进行加工。

特点：

优点：设备简单（可用通用机床），刀具成本低。

缺点：生产效率极低，精度较差（分度误差和刀具误差会累积），加工一致性不高。

应用：主要用于单件、小批量生产，修配，或加工精度要求不高的齿轮。

2. 展成法 (Generating Method) - 主流方法

原理：模拟一对齿轮（或齿轮与齿条）的啮合过程。刀具相当于一个“假想齿轮”，它与工件毛坯按严格的速比啮合旋转（展成运动），在运动过程中，刀具的切削刃包络出工件的渐开线齿形。

常用机床及工艺：

滚齿 (Gear Hobbing)：

刀具：滚刀，外形像一个蜗杆，沿轴向开有若干条容屑槽，形成切削刃。

原理：滚刀与工件相当于蜗杆与齿轮的啮合。滚刀旋转（主运动），工件按一定速比随之旋转（展成运动），同时滚刀沿工件轴向进给，以加工出全齿宽。

特点：连续切削，效率高，是加工直齿和斜齿圆柱齿轮最常用的方法。精度可达很高水平。

插齿 (Gear Shaping)：

刀具：插齿刀，外形像一个齿轮，切削刃有前角和后角。

原理：插齿刀上下往复运动（主运动），同时与工件按一定速比啮合旋转（展成运动），刀具每完成一次往复运动，工件相对刀具有一个径向的进给运动，直至达到全齿深。

特点：可加工滚齿难以加工的内齿轮、多联齿轮和带有台肩的齿轮。效率通常低于滚齿。

剃齿 (Gear Shaving)：

刀具：剃齿刀，外形是一个高精度的斜齿轮，齿面上开有许多小槽以形成切削刃。

原理：这是一种精加工工艺。剃齿刀与已加工出的齿轮自由啮合，在啮合点处两者有相对速度滑移，剃齿刀上的切削刃借此从齿面上刮下极细的切屑。

特点：用于滚齿或插齿后的精加工，可修正齿形误差、降低表面粗糙度，提高齿轮的平稳性和噪音性能。但不能修正齿距误差。

磨齿 (Gear Grinding)：

刀具：成型砂轮或碟形砂轮。

原理：最高精度的齿形加工方法。也分成型磨削（使用修整成齿槽形状的砂轮）和展成磨削（如螺杆砂轮磨齿）。

特点：可加工淬火后的硬齿面齿轮，精度最高，可修正热处理变形，但成本非常高，效率低。用于航空、汽车变速箱等高精度要求的场合。

珩齿 (Gear Honing)：

原理：与剃齿类似，但使用含有磨料的珩磨轮与齿轮进行自由啮合。用于淬火后齿轮的光整加工，主要目的是降低表面粗糙度，去除毛刺，改善表面应力，对精度修正能力很弱。

二、 完整的轮齿加工工艺流程

以一个要求较高的汽车齿轮为例，其工艺流程通常是：

下料与锻造：将棒料锯切，然后加热锻造成齿轮毛坯形状。

正火：锻造后对毛坯进行正火处理，以消除锻造应力，均匀化组织，改善切削加工性。

粗车加工：车削外圆、端面、内孔等，去除大部分加工余量。

探伤：对锻件进行超声波探伤，检查内部是否有裂纹、夹杂等缺陷。

精车加工：以中心孔定位，精加工基准面（如内孔、端面）和齿顶圆等，为后续齿形加工准备精确的定位基准。

滚齿/插齿：在精基准上定位夹紧，进行展成法粗切齿，留出精加工余量。

倒角/去毛刺：对齿端进行倒角，防止后续热处理时应力集中和装配时磕碰。

热处理：进行渗碳淬火或感应淬火，使齿面获得高硬度和耐磨性，心部保持一定的韧性。

精加工基准：热处理后零件会变形，首先需要磨内孔和端面，重新修正定位基准。

精加工齿形：

剃齿：如果热处理变形在可控范围内，对淬火前的齿轮进行剃齿作为精加工。

磨齿：对淬火后硬度高、变形要求严的齿轮，必须采用磨齿作为最终精加工。这是保证超高精度的关键步骤。

珩齿：对磨齿后的齿轮进行光整加工，进一步降低噪音。

清洗、最终检验、上油包装：使用齿轮测量中心等设备对齿形、齿向、齿距等进行100%或抽样检测。

总结

因此，行车轮锻件轮齿的加工是一个集成了锻造、切削、热处理等多种技术的系统工程，其中展成法（尤其是滚齿和磨齿）是现代批量、高精度齿轮制造的核心。