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电火花线切割在淬硬齿轮加工中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-11    浏览次数:13

在齿轮加工领域,齿轮齿形表面根据硬度可分为软齿面、中硬齿面和硬齿面三种。其中软齿面硬度在280HBW以内,中硬齿面硬度在280400HBW,硬齿面硬度在4564HRC

 

一、硬齿面齿轮的特点

 

提高齿轮齿面硬度,可以显著提高齿轮的承载能力。当齿轮齿形的表面硬度提高至渗碳淬火硬度(硬齿面)时,与一般调质齿轮(中硬齿面)相比,其传递的扭矩可提高三倍左右。在传递扭矩不变时,齿轮副的质量可降低至原来的40%。提高齿轮齿面硬度,同时还可显著提高齿面的耐磨性。

 

二、公司硬齿面齿轮制造现状

 

推土机是一种低速重载机械,其终传动及中央传动部件中的齿轮表面硬度多在5862HRC,属于硬齿面齿轮。传统加工方式为磨齿,工艺效率低、成本高。20世纪80年代,我公司引进了大负前角整体硬质合金焊接刮削滚刀,硬质合金刀片焊接在高速钢刀体上,采用硬齿面滚齿工艺代替磨齿工艺,提高了加工效率,降低了成本。

 

随着推土机产品的升级换代,推土机终传动结构由原来的两级外齿传动改进为行星传动,行星传动内齿圈的淬火后加工成为一个新的工艺难题。国内外企业对于该类型齿轮大多在渗碳淬火后,不对齿面处理或采用磨削加工。在公司现有工艺能力下,无法进行淬硬内齿圈齿面加工,而受制于热处理水平因素,渗碳淬火后齿部变形,无法达到图样要求。

 

以公司某型号内齿圈为例,模数9、齿数76、压力角20°,图样要求精度国标8级,齿面粗糙度值Ra=3.2μm,其材质为低碳钢,图样要求齿面硬度为5862HRC,其现行加工工艺路线为:锻造→正火→粗车→半精车→插齿→渗碳淬火→精车。

 

三、采用电火花线切割加工淬硬内齿圈的工艺方案

 

电火花加工是在一定的液体介质内,利用脉冲放电对导电材料的电蚀现象来蚀除材料,从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。其特点是加工过程不受工件硬度的影响。

 

电火花线切割加工是利用移动的细金属丝作工具电极,按预定轨迹进行脉冲放电切割。按线电极移动速度的大小分为高速走丝和低速走丝线切割。

 

采用电火花线切割在淬火后对齿面进行加工,其加工工艺路线为锻造→正火→粗车→半精车→插齿→渗碳淬火→精车→线切割,在线切割工序对内齿圈齿部精加工。该工艺方案的难点主要在于线切割的工序余量,从以下3方面对线切割工序余量进行确认:

1、硬化层深度

 

图样对齿面硬化层深度要求为23mm,齿根部硬化层深度为1.52.5mm。而在公司现有热处理水平下,齿面硬化层深度最深可到(4±0.3mm,齿根部最深可达(2.3±0.2mm。为保证线切割过程中的切削连续性,齿面及齿根部应被同时切割,以余量较小的齿根部余量来确定线切割工序余量,最大不应超过0.6mm(齿面单边),换算为跨棒距M值余量约3.1mm

 

2、热处理变形量

 

为保证线切割能完全切出齿面,线切割工序余量应大于热处理变形量。从现场任取3件该齿圈,在淬火前后对齿圈的M值分别进行测量,数据如附图所示。

 

 

淬火前后齿圈M值变化量

 

从测量数据可以看出,淬火前后M值的最大缩量为0.61mm,最小缩量为0.28mm,淬火后齿圈M值自身最大变动量为0.6mm。为保证所有齿圈均能被完全切出齿面,以淬火后齿圈M值自身最大变动量为参考,在此基础上根据经验加0.6mm,将数据中的最小缩量0.28mm预留到淬火之前,综合确定M值余量应≥0.92mm

 

3、线切割用钼丝直径

 

为保证线切割时钼丝可完全进入金属内部,齿面单边余量不应小于钼丝直径,公司现用的钼丝直径一般为0.18mm。由此确定的线切割工序余量,最小应>0.18mm(齿面单边),换算为M值余量约为0.7mm

 

根据以上3方面的数据分析,确定以M值评价的线切割最小余量为0.92mm

 

利用电火花线切割对该齿圈加工后,齿圈精度可达到国标7级,齿面粗糙度值可达Ra=3.2μm,精度超过了图样要求。

 
 
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