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電火花線（xiàn）切割在淬硬齒輪（lún）加工中的應用

2019-11-14 來源：山推工程機械股份（fèn）有限公司作者：權（quán）中華翟展新宮濤李炎

在齒輪加工領域，齒輪齒形表麵根據硬度可分為軟齒麵（miàn）、中硬齒麵和硬齒麵三（sān）種。其（qí）中軟齒麵硬（yìng）度在280HBW以內（nèi），中硬齒麵硬度在280～400HBW，硬（yìng）齒麵（miàn）硬度在45～64HRC。

1、硬齒麵齒輪的特點

提高齒輪齒麵硬度，可以顯著提高齒輪的承（chéng）載能力。當齒輪（lún）齒形（xíng）的表麵硬度提高至滲碳淬（cuì）火硬度（dù）（硬齒麵）時，與（yǔ）一般調質（zhì）齒輪（中硬齒麵）相比，其傳遞的（de）扭矩可提高三倍左右。在傳遞扭矩不變時，齒輪副的質量可降（jiàng）低至原來的40%。提高齒輪齒麵硬度，同時還可顯著提高齒麵的耐（nài）磨（mó）性。

2、公司硬齒麵齒輪製造現狀

推土機是一種低速重載機械，其終傳動及中央傳動部件（jiàn）中的齒輪表麵硬度多在58～62H R C，屬於硬齒麵齒（chǐ）輪。傳統加工（gōng）方式為磨齒，工藝效率低、成本高。20世紀80年代，我公司引（yǐn）進（jìn）了大負前角整體硬質合金焊接刮削滾刀，硬質（zhì）合金刀片焊接在高速鋼刀體上（shàng），采用硬（yìng）齒滾麵齒工藝代替磨齒工藝，提高了加工效率，降低了成本。

隨著推土機產品的（de）升級（jí）換代，推土機終傳動（dòng）結構由原（yuán）來（lái）的兩級外齒傳動改進為行星傳（chuán）動，行星傳動內齒圈的（de）淬（cuì）火後（hòu）加工成為一個新的工藝（yì）難題。國內外企（qǐ）業對於該類型齒輪大多在滲碳淬（cuì）火後，不對齒麵處理或采用磨削加工。在公司現有工藝能力下，無法進行淬硬內齒（chǐ）圈齒麵加工，而受製於熱處理水平因素，滲（shèn）碳淬火後齒部變形，無法達到圖（tú）樣要求。

以公司某型號內齒圈為例，模數9、齒數76、壓（yā）力角20°，圖樣要求精度國標8級，齒（chǐ）麵粗糙度值Ra=3.2μ m，其材（cái）質為低碳（tàn）鋼，圖樣要（yào）求齒麵硬度為58～6 2 H R C ，其現行加工工藝路線為：鍛造→正火→粗車→半精車→插齒→滲碳淬火→精車。

3、采用電火花線切割（gē）加工淬硬內齒圈的工藝方案

電火花加（jiā）工是在一定的液體介質（zhì）內，利用脈衝放電對導電材料（liào）的電蝕現象來蝕（shí）除材料，從而使零件的尺寸、形狀和表麵（miàn）質量達（dá）到預定技術要求的一種加（jiā）工方法。其特（tè）點是加工過程不受工件硬度的影響。

電火花線切割（gē）加工是利用移動的細金屬絲作工具電極，按預定（dìng）軌跡進行脈衝放電切割。按線電極移動速度的大小分為高速（sù）走絲和低速走絲線切割。

采用電火花線（xiàn）切割在淬火後對齒麵（miàn）進行加工，其加工工藝路線為鍛造→正（zhèng）火→粗車→半精車→插齒→滲（shèn）碳（tàn）淬火→精車→線切割，在線切割工序對內齒圈齒部（bù）精加工。該工藝方案的難點主要在於線切割的工序餘量，從以下3 方麵對線切割工序餘量進行確認：

（1）硬化層深度。圖樣對齒麵硬化層深度要求（qiú）為 2 ～3m m，齒根（gēn）部硬（yìng）化層深度為1.5～2.5m m。而在（zài）公司現（xiàn）有熱處理水平下，齒（chǐ）麵（miàn）硬化層深度最深可到（4±0.3）mm，齒根部最深可達（2.3±0.2）mm。為保證線（xiàn）切割過程中的切削連續性，齒麵及齒（chǐ）根（gēn）部應被同時切割，以餘量較小的齒根部餘量來確定線切割工序餘量，最大不應（yīng）超過0.6mm（齒麵單邊），換算為跨棒距M值餘量約3.1mm。

淬火後齒圈M值變（biàn）化量

（2）熱處理變形量。為保證線切割（gē）能完（wán）全切出（chū）齒麵，線切割工序餘量應大於熱處理變形量。從（cóng）現場（chǎng）任取3件該（gāi）齒圈，在淬（cuì）火後對齒圈的M值分別進行測量，數據如附圖所示。

從測量數（shù）據可以看出（chū），淬火後M值的（de）最（zuì）大縮量為0.61mm，最小縮量為0.28mm，淬火後齒圈M值自身最大變動量為0.6mm。為保證所有齒圈均能被完全切出齒麵，以淬火後齒圈（quān）M值自身（shēn）最大變動量（liàng）為參（cān）考，在此基礎上根據經驗加0.6mm，將數（shù）據中的最小縮量0.28mm預留到淬火之前，綜合確定M值餘量應（yīng）≥0.92mm。

（3）線切割用鉬絲直徑。為保證線切割時鉬絲可完全進入金屬內部，齒麵單（dān）邊（biān）餘量不應小於鉬絲直徑，公司現用的鉬絲直徑一（yī）般為0.18mm。由（yóu）此確（què）定的線切割工序餘量，最小應＞0.18mm（齒麵單邊），換算為M值餘量約為0.7mm。

根據（jù）以（yǐ）上3方麵的數據分析（xī），確定以M值評價的線切（qiē）割最小餘量為0.92mm。

利（lì）用電火花線切割對該齒（chǐ）圈加工後，齒圈精度可達到國標 7 級，齒麵粗糙（cāo）度值可達Ra=3.2μ m，精度超過了圖樣要求。

4、結語

該工藝方案實施後，淬硬內齒（chǐ）圈齒麵加工問題得到了解決（jué）。該方案（àn）尤其適用於新產品開發階段（duàn）中的單件試製及小批量試製。在電火花線切割淬硬內齒圈工藝方（fāng）案成功實施後，我們將其推廣至硬齒麵內花（huā）鍵的加工上，同樣取得了成功。

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