王國芳
[摘 要]本文以高速線材軋機中最關鍵項目產品——軋機高精度齒輪花鍵軸實例為據，結合我公司實際，從零件材料至齒輪修形，闡述高精度齒輪花鍵軸的加工制造技術。
[關鍵詞]齒輪軸 花鍵 滲碳淬火 PP齒形
中圖分類號：TG333.62 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）13-0004-01
高速齒輪花鍵軸是控制軋機運動的核心零件。它的制造精度關系著最終線材的質量狀態。通過不斷探索研究，經過工藝改進優化，確定高速軋機齒輪花鍵軸制造技術如（圖1）。
1、零件的作用及制造關鍵
零件的作用是將齒輪箱內動力以n=880r/min由花鍵部分（固定配合）通過外花鍵套傳遞到軋機花鍵軸部分（松配合）進入軋機內。零件的加工關鍵是高精度齒輪加工、DIN5480標準花鍵加工。
2、零件的主要技術參數
2.1 齒輪參數
齒輪精度5級，mn=6，αn=20°，Z=44，β=12°，滲碳層1.25～1.6，齒面淬火HRC57～60，粗糙度Ramax≤0.014德馬克PP齒形，全鼓形修鼓量0.01+ 0.003
2.2 花鍵參數
花鍵基礎齒形按DIN5480制造。壓力角α0=30°，模數m=2.5，位移量xm=+1.125，齒數Z=34，齒厚公差屬于固定配合公差。
2.3 動平衡要求
動平衡要求等級Q6.3，不平衡量6.3mm/kg，最大轉速880r/min
3 材料及熱處理分析
零件材料為20Cr2Ni4，由淬透性曲線可知：零件860°C以下直接淬火（不滲碳），表面0～6mm，HRC約43～44。由于熱處理偏差，實測HRC為42～49。
對于一些重要表面，如齒部及花鍵部分，必須在滲碳淬火后加工成型方可達到設計技術要求。而對于一些次要表面，如外螺紋等，考慮其加工經濟性及我廠現有條件，應盡可能在淬火前完成。
4 零件加工工藝規程
據以上零件參數和工藝分析，定出以下工藝流程：（1）粗車→（2）探傷→（3）正火→（4）半精車→（5）粗滾齒→（6）齒頂齒端面倒角→（7）滲碳→（8）半精車→（9）探傷→（10）劃線→（11）鉆孔→（12）鉗工→（13）淬火（包括花鍵表面中頻回火）→（14）探傷→（15）精車→（16）端面外磨→（17）銑花鍵→（18）硬質合金刮齒（根據實際情況選擇）→（19）磨齒并修鼓→（20）檢查→（21）鉗工→（22）裝合套件→（23）動平衡試驗→（24）鉗工
5 花鍵及齒輪加工論述
5.1 花鍵加工
5.1.1 刀具選擇
根據DIN5480標準可知，該漸開線花鍵軸精度為DIN5480B1·14中7級，可采用DIN3968中A級滾銑刀加工。
刀具材料的選擇取決于被加工工件的加工特性。刀具的選用見表1。
由表1可知，當工件HRC<45時采用涂層刀具比較好。
5.1.2 加工方案的確定
方案1：淬火后中頻表面600°C回火、保溫達HB260～280，采用普通滾銑刀加工。
方案2：控制花鍵軸外表面硬度HRC<45、采用涂層滾銑刀加工。
方案1熱處理易控制硬度，原設計只對齒輪表面有硬度要求，而花鍵軸與花鍵套為固定搭配，不相對滑動和轉動。缺點：表面回火是在表面一定范圍內進行軟化處理，而且HB≥260，硬度低。所以方案1便于生產，較能保證原設計要求及使用性能。
方案2優點在于只進行一次性淬火處理，花鍵硬度較高，強度好，耐磨性好，使用壽命長。缺點：（1）由于熱處理偏差，實測硬度≤HRC45。（2）刀具采用涂層或鈷高速鋼，切削較困難等。方案2能夠很好保證原設計要求及使用性能
為了保證使用壽命，選用了方案2。
5.1.3 花鍵測量尺寸及公差
據DIN3960和DIN5480求得測量滾子直徑Dm=5、滾子測量尺寸Md=95.178-0.04 公法線長W=49.373-0.02
5.1.4 花鍵滾銑刀齒形設計
由已知可得花鍵實際分度圓d′=mZ+2·x·m=87.25
則：齒頂高ha=0.45m，式中m模數、齒根高hf=0.55m，全齒高h=ha+hf=m
又根據DIN5480B1·16標準2·2·1齒條原始齒形，規定萬能滾銑刀的刀具齒頂高要大于軸的齒根高最小尺寸0.55m。
測得滾銑刀齒頂高hAd=0.55m≈1.38，齒根高hf≥0.45m+0.2m，為了便于滾銑削，則加大0.6m取為hf≈2.22
軸向tt=tn/cosβ=πmn/cosλ，取λ=2°20′14″代入tt=7.861，則得滾銑刀軸向齒形見圖3
5.2 齒輪留磨滾刀設計及齒形修鼓
5.2.1 齒形修鼓
由ZE800S磨齒機進行磨齒修鼓。零件要求0.01+0.003修鼓量。
齒輪修形目的是使齒輪的接觸斑點最佳化，實現在彈性變形下的高承載能力。齒形修鼓量0.01+0.003對于齒形變形作用不大，所以采用最小量修鼓，約0.015～0.02mm修鼓量，進行修鼓。
5.2.2 留磨滾刀齒形設計
留磨滾刀除齒形參數按德馬克PP齒形設計外，其余按GB標準制作。
取λ=3°59′則按PP齒形得，軸向間距Pt=Pn/cosλ=18.895，齒頂高為Hkw=1.4mn；齒根高Hg=1.2mn；全齒高H=2.6mn，齒頂部分d=0.21+0.025 mn；hn=3.44；RC0=0.4mn，軸向齒形見（圖2）。
6 結論
（1）高精度齒輪（花鍵）軸的制造技術是可靠的，它能較好地達到原德馬克的設計性能要求。
（2）對不同新材料的齒輪加工要從材料性能分析入手，再制定加工方案。
（3）DIN5480花鍵（包括齒厚公差）能較好地滿足花鍵聯接性能。
（4）德馬克PP齒形滾銑刀是目前較好的留磨滾銑刀。
參考文獻
[1] 德國DIN5480B11，～B116，DIN3960，DIN3968標準等。
