針對大模數粉末冶金齒輪的磨齒過程進行工藝研究,通過線切割齒形局部偏置的方法,在成形砂輪磨削時避開齒根轉接處的內凹敏感部位,解決了齒面表面粗糙度要求高和齒根燒傷等問題。
1、序言
粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料,經過成形和燒結,制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術。粉末冶金材料是用粉末冶金工藝制得的多孔、半致密或全致密材料(包括制品)。隨著對新材料應用的不斷探究,航空發動機齒輪類零件越來越多地采用粉末冶金材料。但是,由于粉末冶金材料特殊的成形方法及材料本身所具有的特殊性能,因此使得在磨齒時會出現尺寸不穩定、燒傷等現象。高精度齒輪精度要求在國標4~5級時,只能用磨齒、珩齒的方法來保證其加工精度。大模數齒輪(模數m≥5)磨齒時,齒根轉接處和根徑燒傷十分嚴重。
2、零件及材料性能分析
圖1所示齒輪零件加工要求:模數=6、齒數=11、壓力角=28°、齒圈徑向圓跳動公差=0.028mm、公法線長度變動量公差=0.02mm、齒距極限偏差=±0.011mm、齒形總偏差=0.01mm、齒向偏差=0.01mm以及單個齒距偏差=0.008mm,達到了5級精度,屬于高精度大模數齒輪,在加工中必須依靠磨齒來保證最終精度。
圖1 齒輪零件示意
該零件模數雖較大,但只有11個齒,屬于根切齒輪。零件的變位系數為0,沒有變位,這就意味著在零件的齒根轉接處會形成很大的轉接半徑R及內凹,在成形磨齒加工中,齒根轉接處的散熱性較差,容易產生燒傷。另外,在磨齒過程中由于模數較大,因而砂輪與齒面的接觸面積也較大,散熱受阻,嚴重影響了齒輪加工精度。
零件材料為AHP10V粉末冶金高釩工具鋼,材料中碳化物多,在滲氮處理后,其硬度高達65~70HRC,材料耐磨性高,其多孔性及高硬度直接影響了磨齒精度。
3、磨齒時齒根轉接處燒傷分析
經多次實際加工發現,此種大模數少齒數粉末冶金齒輪磨齒時,燒傷大多發生在齒根轉接處,分析其原因,主要有以下幾個方面。
1)粉末冶金材料本身具有難磨削性,滲氮處理后,其硬度高達65~70HRC,高硬度使得材料磨削困難。
2)由于模數大、齒數少以及沒有變位,因而齒輪本身就會有嚴重的根切,在齒根轉接處會產生內凹,這樣一來,磨齒時就會在轉接處積累大量的磨削熱,導致散熱性不好。
3)由于在轉接處切削液很難進入磨削區域,所以齒根轉接處冷卻不充分。
4)零件經過滲氮處理后,齒根轉接處容易應力集中,導致此類齒輪在磨齒時,齒根轉接處燒傷以致產生燒傷裂紋。
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