當前被大眾普遍采用的機械轉動方式便是齒輪傳動。工業生產中，應用較多的是需要降低轉速、提高扭矩的工作場合，而減速機就是滿足此工作需求的傳動設備。站在現代角度上來看，機械制造領域也開始朝向設備智能化、設計精密化以及管理信息化等方向變化，由于檢測設備以及在線監測設備的大范圍普及，各行業對齒輪制造產業的標準相較于之前而言更為嚴格。絕大部分狀況下，企業主要以產品優劣勢指標作為未來開拓市場的競爭優勢。

　　一、減速機中齒輪的材料選擇

　　齒輪的制造需要根據該零件的工作強度及工作條件來選取，首先要考慮到材料的整體性能，才能夠使制造出來的齒輪盡可能經久耐用。其次，要考慮的就是材料的成本及加工精度的要求，在選材時，盡量考慮切削加工性能，因為易切削的材料能夠減少大量的損耗，使成本降至最低，同時可提高加工效率 ( 見表 1)。

表 1  常用減速機齒輪材料力學性能

　　在減速機齒輪箱中，因其工作強度大所以對材料要求高，一般采用低碳合金鋼作為齒輪的常用材料，熱處理方式采用滲碳，滲碳的主要優點為：

　　(1)過熱敏感性小;長時間處于一定高溫下仍然可以保持細晶粒狀態，可以實現直接淬火，有效保證機械性能。

　　(2)淬透性良好;滲碳鋼具有很好的淬透性，使得材料內部能夠達到較好的強度與韌性。另外，經過冷卻后的材料，不易變形、開裂，從而滿足減速機的齒輪工作的硬度要求。

　　(3)碳附著能力強;滲碳鋼通常有較好的表面吸收碳的能力，且速度快，效果好。碳濃度梯度較為平和，碳化物于齒輪表面的分布形式都非常均勻，大大增強了材料的硬度，實現了齒輪表面要求硬度高，芯部要求韌性及強度的特點。

　　二、齒輪加工方法及工藝

　　齒輪加工方法

　　在齒輪加工時，滾齒、插齒、剃齒、磨齒等加工方法最為常見。由于減速機工作時間長、強度大，基于此針對齒輪而言需要其具有較高的機械強度，滾齒加工方法應用較多。近年來，伴隨機械技術水平持續提升和更新，相關企業也開始采用高速滾齒技術。該技術便是將微量潤滑優化工藝同空氣冷卻系統與該技術相結合，以替代切削液和冷卻液的設置。從而致使切削工作時出現的熱量吸收于金屬切屑之中，在將齒形加工效率有效提升的基礎上也確保刀具使用年限增加。

　　滾齒工藝上，齒輪模數較小時通常會選擇粉末冶金整體滾刀亦或是帶涂層的高速鋼完成加工，在使用刀具之后應該對其進行修磨，同時在此完成涂層。當齒輪模數較大時，由于顧及刀具成本，通常會將其設計成鑲刀片滾刀，這種設計方式要求定期檢查道具磨損情況。當齒輪模數較大時，需要借助齒輪銑刀完成加工。

　　加工工藝設計及分析

　　齒輪加工一般工藝流程為：鍛造→正火→粗車→精車→滾齒→齒端倒棱→熱處理→磨端面及內孔→磨齒→精度檢測→線切割鍵槽→磁粉探傷→超聲波清洗防銹。

　　齒輪加工質量的好壞與多個方面的因素有關，包括了：滾切刀具選擇的合適性、刀具安裝與螺旋角設定偏差、人為操作熟練度、加工精度、加工尺寸等。接下來會從定位基準角度和加工精度等不同方面展開研究。參照工藝差異性完成加工任務能夠將誤差控制在合理范圍內，從而使得齒輪精準度提升。

　　1)工藝分析

　　詳細了解圖 1 內容，其中齒輪材料包含：20CrMnMo，具體精度達到 6 級，其他技術要求見圖 1，齒輪參數略。其加工工藝過程，見表 2。詳細了解表 2 內容，齒輪加工流程具體包含的階段如下。

圖 1  齒輪零件

表 2  齒輪加工工藝過程

　　(1)第一階段是齒坯進入機械加工。

　　該齒坯為鍛件，粗加工前應進行正火處理。本階段中具體工作是對齒輪外形尺寸進行加工，該情況下要對外圓尺寸精度以及齒輪孔投以關注，由于齒形定位基準同加工精度之間的關聯性較高，基于此，該階段工作是為接下來齒形加工打基礎，該過程中所有環節均需要借助統一性的幾何公差將加工難度簡化。

　　(2)第二階段是齒形的加工。

　　對于減速機中使用齒輪，因其通常需要負載和低速，所以需要表面達到一定硬度。在此過程中要完成淬硬處理，一定要在該階段內確保齒形精度達到相應加工標準和要求，基于此，該階段加工工作也是確保齒輪加工達到理想精度的重點，齒部加工應安排粗、精加工階段。

　　(3)第三階段是熱處理階段。

　　該階段中具體針對齒部完成淬火處理以及滲碳處理，主要選擇滲碳 S0.9，在處理齒部過程中選擇高頻感應淬火從而確保最后結果同硬度要求相吻合。

　　(4)第四階段是齒形的精加工。

　　該階段工作任務是將由于淬火所導致的齒形變形情況進行修正，在此過程中齒形粗糙度會降低，除此之外其精度也會有所增加，最終確保齒輪達到合理精度要求。處于該階段中第一步是修正定位基準面，由于受到淬火影響而致使齒輪端面和內孔均會出現變形，假如淬火結束后將該端面以及孔直接使用到齒形精加工中，這會導致齒輪精度不達標;而在齒輪精加工過程中采用修整結束的基準面，如此一來可以確保定位穩定卻準確，除此之外還可以確保分布較為均勻化。

　　2)基準的確定

　　齒形加工難度在很大程度上受到定位基準精度影響，通過對齒輪進行了解，其齒形加工過程中選擇的定位基準有兩種。

　　(1)內孔和端面定位。將定位基準選擇為內孔，該做法同測量和設計基準工作相吻合。要對內孔精度進行嚴格管控，批量生產效率高。

　　(2)外圓和端面定位。以外圓充當定位，通常選擇芯軸對齒坯進行安裝，借助外圓定孔中心位要對徑向跳動量進行合理管控，不適應批量生產。

　　由圖 1 可見，內孔充當定位基準其標注 65H6 的尺寸精度。基準端面本身并未有較大的表面粗糙度，其數值是 Ra0.8.μm，基準端面對基準孔的端面圓跳動為 0.005.mm。以上幾項都具有較高要求，基于此在加工齒坯時，第一是需要對內孔以及端面垂直度進行控制。第二是在處理基準孔過程中要在完成熱處理工作后將相應余量留下完成精加工，不然會導致后期裝配精度受到影響。對端面以及孔展開精加工過程中需要借助磨削方式，首先借助孔來充當定位基準磨端面，隨后定位基準磨孔選擇為端面以及齒輪分度圓，由此保證齒形精加工達到合理精準度。

　　三、熱處理在減速機齒輪加工中的應用

　　減速機的齒輪在工作中受到一定接觸應力及其他應力的作用，主要體現為材料中網狀滲碳體、殘余奧氏體的數量和分布，同時齒輪表面承受載荷，工作中要傳遞扭矩。因此減速機的齒輪表面必須具有較好的硬度和耐磨性、晶體細化，芯部應該具有良好的塑性和韌性以便于達到工作需求。針對齒輪展開熱處理時總計涵蓋階段有兩個，首先為預熱處理鍛件毛坯，其次是熱處理齒部。

　　減速機齒輪的熱處理流程：一般先下料鍛造，然后用正火加工，再清洗、淬火、回火、 噴丸，之后再一遍清洗，最后檢驗、包裝。可是不同因素均會影響到材料熱處理方式，在這里面涵蓋時間和冷卻方式以及保溫方式等等，對于做減速機齒輪較多的低碳合金鋼，通過熱處理實驗證實鍛件毛坯在材料進行粗加工后正火處理材料硬度會有顯著的提升。具體實驗流程為：確保正火爐溫度提升至 400 以及 500℃，確保爐內材料升溫，確保溫度提升到 600℃ 以及 650℃的狀態保持 3h，隨后將溫度提升為 860℃以及 880℃，確保時間維持 2h，隨后取出材料的同時將溫度下調到 350℃以及 400℃。

　　熱處理在齒輪齒部中的，齒輪的耐磨性還有疲勞強度等均可得到有效的提升，這道工序是齒輪機加工時必備的，對于一些材料如低碳的，或者是其合金鋼等來說，滲碳淬火的熱處理是其采用最頻繁的一種方式，其會導致彈性形變，在齒部熱處理中，最為核心的就是對彈性進行控制及改善。通過實驗證實，滲碳量和滲碳及淬火的溫度均是影響因素。以煤油作為滲碳劑，采用井式氣體滲碳爐，將滲碳以及淬火的溫度分別設置了三種，了解到由于持續升高的滲碳以及淬火的溫度，材料就會出現較大程度的變形，奧氏體組織在材料內部更易被溫度所影響，進而出現膨脹，由于加大的碳勢，會將碳濃度在材料滲碳層中的直接加大，這樣會促使不穩定碳化物還有馬氏體都會出現不同程度的加大，最終對變形量都會造成一定的影響。

　　所以對于低碳及其合金鋼材料做減速機齒輪的熱處理要嚴格控制溫度、時間和冷卻方式，控制滲碳溫度和淬火溫度，獲取最佳機械性能的同時，可將其變形量盡可能地降低，從而保證工作過程更加穩定。

　　四、結束語

　　由于制造業持續發展，在機械加工制造時，對智能數字化設備進行了普遍應用。對齒輪加工技術如何更好地進行應用，才能在成本減少的前提下還能將產品的精度與質量以及生產的效率進行提升，是齒輪工藝研究的重要方向。減速機械設備中齒輪加工時從合適選擇材料、改善滾齒工藝、改進加工工藝等方面入手，進一步改善齒輪加工工藝水平。同時通過不斷學習和改進，嚴格控制質量環節，以求實現提高齒輪的尺寸精度、承載能力并延長其使用壽命。

　　參考文獻略