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  • 内容出处:https://mhdgs.com时间2013-12-30 08:46:26作者admin浏览次数707
电动工具用外齿圆柱齿轮加工方法与应用
 
自1895年德国制造出世界上第一台直流电钻 到现在,电工工具已经经历了近一百年的发展历史。 电动工具在国外作为一种家用产品,其销售量巨大, 用途广泛,近十年间发展势头迅猛。同时,由于国内 的制造成本优势,使得世界各主要电动工具制造商 先后将其生产基地和研发基地转移到中国,如美国 百得、德国博世、日本牧田等,大批的OEM订单也纷 纷投向国内的电动工具制造商,但由于制造技术、装 备水平、加工成本等方面与国外存在差距,目前我国 电动动工具出口主要是以低端产品为主,行业制造 工艺及技术的升级换代成为当务之急。
 
齿轮传动在电动工具的传动系统中有着不可替 代的重要作用,尤其在电钻、切割机、电锤等工具中 应用广泛(如图1所示)。
图1齿轮传动在电动工具传动系统的应用
由于工具类产品的设计特点,其齿轮传动有着 转速高(通常为18_ - 25000rpm)、体积小、模数小 (0.5-1.25_)的特殊要求,所以往往采用硬齿面 齿轮来提高其承载能力,并在体积上达到小型化的 目的。
 
电动工具的马达均有齿轴(由轴绝缘、矽钢片、 铜线绕组、风扇、整流子等组成),而齿轴在电能向机 械能转化的过程中承担了重要角色。目前电动工具 用小模数齿轮的加工按照产品的不同档次通常采用
以下工艺:
 
(1)低端产品 .
 
材料:45 钢、40Cr 或 42CrMo;
 
工艺:滚齿一齿部及轴承端高频淬火(齿部淬 透)一磨轴承档;
 
优点:工艺简单,设备及制造成本低。
 
缺点:齿轮精度低,噪音大,抗冲击性能差。
 
(2)中端产品
 
材料:40Cr 或 42CrMo;
 
工艺1:滚齿一齿部及轴承端大功率超高频淬 火(齿部),淬硬层0.25-0.5mm;
 
优点:齿的变形量小,有一定抗冲击性能。
 
缺点:淬火设备昂贵,工艺要求高。
 
工艺2:整体调质到38 - 42HRC—磨轴承档一 中硬齿部滚齿。
 
优点:齿的精度高,无热处理变形,综合机械性 能好。
 
缺点:滚齿刀具较昂贵,工艺成本高,耐磨性较
 
差。
 
(3)尚端产品
 
材料:20CrNiMo 或 20CrMnT
 
工艺:滚齿一渗碳淬火(齿部淬硬层厚0.4-0.8mm,留余量0.15 - 0.25mm)一研磨中心孔一磨轴 承档一硬齿面刮削。
 
优点:齿轮精度高,综合机械性能最好。
 
缺点:滚齿刀具较昂贵,工艺成本高。
 
由于马达齿轴齿数少,模数小,直径小,螺旋角 大(一般大于15°),所以在高频淬火中往往不仅引起 齿部的变形,同时也使中心孔发生变形,所以在高频 淬火以后很难保证轴承档与齿的同轴度。同时,由 于淬火过程中的金相转换(马氏体的体积较大),热 处理变形不可避免,这就造成齿轮的精度下降。其 成品噪音及寿命也因此受到不同程度的影响。此 外,由于国内供货商的设备成本、设备现状及制造成 本较髙,尤其是高频淬火热处理设备及工艺的稳定 性难以保证,因此从1999年起,为减小产品的噪音 及保证寿命,我公司基本上采用了后两种工艺方法。 本文结合实例对这两种工艺方法的工艺及特点进行 分析。
 
2工艺方法及实例分析
 
2.1中硬齿面的滚削加工
 
以电钻为例。电钻中的齿轮零件材料为40& 或42&MO,通常采用的热处理工艺是:调质HRC39 -42,滚削设备一般采用普通滚齿机(如宁江机床厂 生产),厂商无需增加设备投资。加工齿轮用刀具采 用钴钨硬质合金材料,其国内牌号为YG8(IS0标准 为 K20 或 K30)。
 
由于材料技术的发展,现在的国外刀具厂商巳 经采用超细晶粒材料(晶粒直径小于0.5jum),这样 的刀具具有良好的耐磨性和很高的抗冲击性,刀具 耐用度大大提局;同时该刀具米用厚2.5fim左右的 TiN涂层,使刀具的耐磨性能得到了极大的提高。 刀具采用0°前角以方便重磨。
 
该电动工具产品要求7级齿轮来传动,故采用 AA级滚刀加工为宜。如果电动工具产品要求8级 齿轮,则A级滚刀即可满足加工要求。
 
该齿轮加工工艺路线为:精车一调质处理一研 磨中心孔一磨削一滚齿。工艺分析如下:
 
(1)由于磨削与滚齿都采用中心孔定位,所以加 工基准没有累积误差’同时滚齿后即为成品,从根本 上避免了热处理带来的变形。
 
(2)由于马达轴为第一级传动,虽然转速高,但 其承受的扭距不大,一般模数均在0.5-0.8mm左 右,可采用一次滚削。
 
(3)考虑到整个切削系统的刚性不仅包括机床 与刀具的刚性,还包括工件的刚性,因此当轴径较细 小时,需增加V形辅助支撑以增加工件的刚性。这 对保证滚齿质量、增加刀具的使用寿命有着极大的 帮助。
 
(4)刀杆的轴向跳动和径向跳动应严格控制在 0.01mm 以内。
 
(5)在整个切削过程中要保证充分的润滑。
 
(6)通过工艺试验确定合理的窜刀周期,以避免 刀具因过度磨损而影响使用寿命和加工质量。
 
(7)刀具重涂涂层时要选择正确的退镀工艺,一 般的化学退镀会引起钴的流失,从而使硬质合金变 得非常脆,极大地影响刀具的耐用度。
 
(8)刀具在重磨后如有磁化要进行退磁。
 
2.2硬齿面刮削工艺
 
以切割机用圆柱齿轮为例。切割机中的齿轮零 件材料为20CrNiMo,通常采用的热处理技工艺是渗 碳或碳氮共渗。加工工艺路线为:精车一粗滚一渗 碳或碳氮共渗一研磨中心孔一磨轴承一硬齿面刮 削。
 
粗滚时可用普通机床加工,硬齿面刮削可用 HAMAIN60 机床。
 
由于硬齿刮削的加工特点是淬硬后只对齿轮的 齿形部分作微量切削,容易磨损的滚刀顶刃部分不 参与切削,只有侧刀刃参与切削。故而为避免刮削 时硬质合金滚刀的顶刃参与切削,粗滚刀必须切至 全齿深并作适量的根切处理。粗滚刀带有凸角,并 使滚刀的齿顶高增加0.1 -0.2m(如图4所示),粗 滚的公法线一般预留0.15 - 0.3mm余量为宜。
刀具材料的选择:粗滚刀采用TiN涂层高速钢 滚刀,滚刀精度为A级;刮削滚刀以超细晶粒钴钨
 
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