CN112059564B - 一种高强度不锈钢双联齿轮的精密制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强度不锈钢双联齿轮的精密制造方法，采用了先粗铣齿再淬火，之后通过精密电火花加工方法电加工两齿轮齿形，实现了高强不锈钢双联齿轮的高精度加工，解决了现有技术中高强度不锈钢双联齿轮因两齿轮距离较近无法加工和材料淬火后硬度过高难加工的制造难题，能够实现齿轮距离仅为6mm的高强不锈钢双联齿轮加工，可加工齿轮精度为4级，表面粗糙度可达Ra0.4，具有一定市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度不锈钢双联齿轮的精密制造方法，属于航空航天精密加工领域。
背景技术
双联齿轮多采用先锻造或焊接后机加的方式加工，但该方式只适用于两齿轮跨距较大的双联齿轮。两齿距离较近的双联齿轮，锻造或机加后无法采用常规制齿方法加工。
双联齿轮的材料为高强不锈钢，这种钢是一种马氏体时效不锈钢，固溶时效强化后，抗拉强度可以达到1550MPa，硬度达到HRC50左右。在如此高的硬度下，常规制齿方案无法加工或不能满足精度要求。
常用的双联齿轮加工方法和工艺路线无法实现此类型双联齿轮的精密加工，需采用新的加工方法和工艺路线。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，高强度不锈钢双联齿轮因两齿轮距离较近无法加工和材料淬火后硬度过高难加工的制造难题，提出了一种高强度不锈钢双联齿轮的精密制造方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种高强度不锈钢双联齿轮的精密制造方法，步骤如下：
(1)选用锻制锻棒的原材料毛胚，对原材料毛胚进行超声探伤，并进行低倍检测，锻棒锻制完成后，于锻棒两头各去除固定长度的原材料料头；
(2)根据预设齿轮轮廓尺寸进行原材料毛胚选用，并进行齿胚粗加工；
(3)对粗加工后齿胚进行去应力退火热处理；
(4)进行齿胚精加工至无公差尺寸为止；
(5)于步骤(4)所得精加工后的齿胚上安装分度头和尾座，利用专用芯轴装夹，根据齿轮加工任务确定的齿轮模数选取盘型铣刀，将盘型铣刀安装好后调整铣削量进行铣齿；
(6)对步骤(5)所得铣齿后齿胚进行热处理固溶；
(7)通过齿定位进行找正，于齿胚上磨基准孔；
(8)根据齿胚两端齿形加工仿形电极，利用仿形电极进行齿形加工；
(9)将步骤(8)所得齿胚进行行星轮系跑和处理，完成齿轮加工，获得双联齿轮。
所述步骤(1)中，所述原材料料头固定长度为100mm。
所述步骤(2)、步骤(4)中，齿胚粗加工及齿胚精加工过程中，均需进行n次切削以减少齿胚加工应力，其中切削次数n根据齿轮加工任务确定。
所述步骤(3)中，去应力退火热处理的退火方式为低温退火，低温退火温度范围为120℃-150℃，低温退火后保温时间为2-4h。
所述步骤(4)中，齿胚精加工过程中，齿胚边缘需保留0.5mm余量，步骤(2)中，齿胚粗加工过程中，齿胚边缘需保留2mm余量。
所述步骤(5)中，所述分度头、尾座安装时需保证轴线与齿胚平行。
所述步骤(6)中，所述热处理固溶的具体方式为淬火处理，固溶温度为900℃±5℃，处理后保温2h。
所述步骤(7)中，基准孔圆度需优于0.005mm。
所述步骤(8)中，所述仿形电极加工精度优于2μm，加工过程中根据仿形电极磨损情况进行电极更换。
所述步骤(9)中，所述行星轮系跑和处理通过齿轮组件实现，所述齿轮组件包括支撑架、大齿圈内齿轮、内侧外齿轮组成，将步骤(8)所得齿胚安装于支撑架上，通过大齿圈内齿轮与齿胚一端齿形啮合，并通过内侧外齿轮与齿胚另一端齿形啮合。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种高强度不锈钢双联齿轮的精密制造方法，采用了先粗铣齿再淬火，之后通过精密电火花加工方法电加工两齿轮齿形，实现了高强不锈钢双联齿轮的高精度加工，能够实现齿轮距离仅为6mm的高强不锈钢双联齿轮加工，可加工齿轮精度为4级，表面粗糙度可达Ra0.4，同时通过工艺夹头在双联齿轮外圆和基准孔一次加工作为找正基准，从两端各自电加工成型一齿轮，实现了异相位双联齿轮的整体高精度加工，双联齿轮加工方法在多级减速或大减速比减速器领域具有一定的市场竞争力。
附图说明
图1为发明提供的双联齿轮行星轮系跑和处理示意图；
图2为发明提供的高精度双联齿轮示意图；
具体实施方式
一种高强度不锈钢双联齿轮的精密制造方法，适用于航天器机构双联齿轮的精密加工，还适用于其它领域同类齿轮的精密加工，具体方法流程如下：
(1)选用锻制锻棒的原材料毛胚，对原材料毛胚进行超声探伤，并进行低倍检测，锻棒锻制完成后，于锻棒两头各去除固定长度的原材料料头；
所述原材料毛胚的材料种类与规格经确定后，通过检查原材料质保书获取原材料参数，并根据原材料质保书中规定的固溶时效制度进行后续操作；
在A级超声探伤过程中，要求内部不能出现缺陷，为避免影响齿轮性能，需对材料进行低倍检测，材料横截面酸浸低倍试片上不允许有缩孔、气泡、裂纹、偏析、夹杂和其他缺陷，原材料料头固定长度为100mm，整根锻棒两头各去除100mm左右长度的料头，尽可能避免料头锻造性能不佳导致影响齿轮性能；
(2)根据预设齿轮轮廓尺寸进行原材料毛胚选用，并进行齿胚粗加工；
齿胚粗加工过程中，均需进行n次切削以减少齿胚加工应力，其中切削次数n根据齿轮加工任务确定，尽量避免一次切削成型；齿胚粗加工过程中，齿胚边缘需保留2mm余量；
(3)对粗加工后齿胚进行去应力退火热处理；
去应力退火热处理的退火方式为低温退火，低温退火温度范围为120℃-150℃，低温退火后保温时间为2-4h；
(4)进行齿胚精加工至无公差尺寸为止；
齿胚精加工过程中，齿胚边缘需保留0.5mm余量，需进行n次切削以减少齿胚加工应力，其中切削次数n根据齿轮加工任务确定；
(5)于步骤(4)所得精加工后的齿胚上安装分度头和尾座，利用专用芯轴装夹，根据齿轮加工任务确定的齿轮模数选取盘型铣刀，将盘型铣刀安装好后调整铣削量进行铣齿；分度头、尾座安装时需保证轴线与齿胚平行；
(6)对步骤(5)所得铣齿后齿胚进行热处理固溶；
热处理固溶的具体方式为淬火处理，固溶温度为900℃±5℃，处理后保温2h；
(7)通过齿定位进行找正，于齿胚上磨基准孔；基准孔圆度需优于0.005mm；
(8)根据齿胚两端齿形加工仿形电极，利用仿形电极进行齿形加工；
其中，仿形电极加工精度优于2μm，加工过程中根据仿形电极磨损情况进行电极更换；
(9)将步骤(8)所得齿胚进行行星轮系跑和处理，完成齿轮加工；
其中，行星轮系跑和处理通过齿轮组件实现，所述齿轮组件包括支撑架、大齿圈内齿轮、内侧外齿轮组成，将步骤(8)所得齿胚安装于支撑架上，通过大齿圈内齿轮与齿胚一端齿形啮合，并通过内侧外齿轮与齿胚另一端齿形啮合。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
在本实施例中，双联齿轮加工方法具体流程为：
下料，选用锻制钢棒CF170的原材料毛胚，尺寸规格为Φ65×90，进行A级超声探伤，要求内部不能有超出GB/T 4162-2008的缺陷，并通过低倍检测后，整根锻棒两头各去除100mm左右长度的料头；
齿胚粗车，根据预设齿轮轮廓尺寸对齿胚外圆及两端面粗加工，齿轮轮廓尺寸为Φ58×85，粗车单边留余量2mm；
热处理去应力退火处理，退火方式为低温退火，主要目的是减少齿坯加工应力，其中，120℃-150℃去应力退火处理，保温2-4h；
齿胚半精车，单边留0.5mm余量，无公差尺寸加工到位，加工时不要一次切削到位，应多次切削，减少加工应力；
利用盘形铣刀铣齿形，齿面法向余量0.5mm；
热处理固溶处理，固溶温度900℃±5℃，保温2h，油冷；-70℃，保温8h；时效温度510℃±5℃，保温4～5h以上；
热处理设备为：空气电阻炉和低温箱，加热炉的炉温均匀性要符合III类以上技术条件。
需要注意的是，热处理后应将齿坯进行磁粉检测，检查零件表面有无淬火导致的微裂纹；
磨基准孔，以齿定位找正，磨基准孔到尺寸，要求基准孔圆度优于0.005mm，需要注意的是，为保证基准统一，可根据实际情况设计磨内孔夹具；
精密电火花机电加工齿形，加工时仿形电极脉宽0.05μs，脉间0.25μs，峰值电流0.28A；
如图1所示，进行行星轮系跑和处理，首先将双联齿轮2与对应轴系安装在支撑架1上，大齿圈内齿轮3与双联齿轮一端齿形啮合，内侧外齿轮4与双联齿轮另一端齿形啮合，处理完成后获取如图2所示的双联齿轮。
加工后的双联齿轮，可加工齿轮精度为4级，表面粗糙度可达Ra0.4。
在齿轮加工过程中，双联齿轮的相位角必须严格遵守图纸或规范要求才能实现正确装配，这就要求双联齿轮在加工过程中必须保证其齿轮相位精度。本方案在两个齿轮的零位-齿形重叠处刻标记线，并在一端增加工艺找正夹头，将工艺夹头与两齿轮外圆和基准孔一次加工作为找正基准，从两端各自电加工成型一齿轮，成功实现异相位双联齿轮的整体高精度加工。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种高强度不锈钢双联齿轮的精密制造方法，其特征在于步骤如下：
(1)选用锻制锻棒的原材料毛胚，对原材料毛胚进行超声探伤，并进行低倍检测，锻棒锻制完成后，于锻棒两头各去除固定长度的原材料料头；
(2)根据预设齿轮轮廓尺寸进行原材料毛胚选用，并进行齿胚粗加工；
(3)对粗加工后齿胚进行去应力退火热处理；
(4)进行齿胚精加工至无公差尺寸为止；
(5)于步骤(4)所得精加工后的齿胚上安装分度头和尾座，利用专用芯轴装夹，根据齿轮加工任务确定的齿轮模数选取盘型铣刀，将盘型铣刀安装好后调整铣削量进行铣齿；
(6)对步骤(5)所得铣齿后齿胚进行热处理固溶；
(7)通过齿定位进行找正，于齿胚上磨基准孔；
(8)根据齿胚两端齿形加工仿形电极，利用仿形电极进行齿形加工；
(9)将步骤(8)所得齿胚进行行星轮系跑和处理，完成齿轮加工，获得双联齿轮；
所述步骤(1)中，所述原材料料头固定长度为100mm；
所述步骤(2)、步骤(4)中，齿胚粗加工及齿胚精加工过程中，均需进行n次切削以减少齿胚加工应力，其中切削次数n根据齿轮加工任务确定；
所述步骤(3)中，去应力退火热处理的退火方式为低温退火，低温退火温度范围为120℃-150℃，低温退火后保温时间为2-4h；
所述步骤(4)中，齿胚精加工过程中，齿胚边缘需保留0.5mm余量，步骤(2)中，齿胚粗加工过程中，齿胚边缘需保留2mm余量；
所述步骤(5)中，所述分度头、尾座安装时需保证轴线与齿胚平行；
所述步骤(6)中，所述热处理固溶的具体方式为淬火处理，固溶温度为900℃±5℃，处理后保温2h；
所述步骤(7)中，基准孔圆度需优于0.005mm；
所述步骤(8)中，所述仿形电极加工精度优于2μm，加工过程中根据仿形电极磨损情况进行电极更换；
所述步骤(9)中，所述行星轮系跑和处理通过齿轮组件实现，所述齿轮组件包括支撑架、大齿圈内齿轮、内侧外齿轮组成，将步骤(8)所得齿胚安装于支撑架上，通过大齿圈内齿轮与齿胚一端齿形啮合，并通过内侧外齿轮与齿胚另一端齿形啮合。
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