德国轿车齿轮加工技能，震撼解读！
现在，我国已成为世界地一轿车制作与销售大国，轿车制作业已成为我国经济不可或缺的支柱产业。轿车齿轮制作与运用量（主机及配件运用）无疑成为世界地一。
轿车齿轮作为轿车上要害零件，首要用于传递动力和运动，并通过它们来改动发动机曲轴和主轴齿轮的速比。因为轿车行进状况随路况随机改变，因而轿车齿轮的工作状况非常复杂，这就要求轿车齿轮具有杰出的内质量。
轿车齿轮热处理工艺、特点与效果
轿车齿轮的内涵质量首要是指齿轮的显微安排、力学功能等目标满意技能要求，一起其他缺陷必须操控在规则的技能范围之内。
轿车齿轮内涵质量的好坏是决定齿轮质量的要害，其***取决于热处理质量，是齿轮完成低噪声、，长寿命的要害因素。
轿车齿轮热处理（工艺）包括：一是普通热处理，如退火、正火、淬火、回火、调质；二是外表热处理，其包括外表淬火（如感应淬火、激光淬火等）和化学热处理（如渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗等）。
1调质
调质是将齿轮等零件淬火后进行高温（500~650℃）回火的操作。调质处理常用于含碳量0.3%~0.5%（质量分数）的碳素钢或合金钢制作的齿轮。
调质能够细化晶粒，并获得均匀、具有必定弥散度、尤秀力学功能的回火索氏体安排。一般经调质处理后，齿轮硬度可达220~285HBW。调质齿轮的归纳功能优于正火。
调质常用于齿轮的准备热处理（如渗氮、感应淬火前的调质处理）和终究热处理。
2外表淬火
齿轮齿面淬火硬度一般为45~55HRC。外表淬火齿轮承载才能高，并能够承受冲击载荷。通常外表淬火齿轮的毛坯经正火或调质处理，以便使齿轮心部有必定的强度和韧度。
外表淬火首要有感应淬火、激光淬火与火焰淬火等。与渗碳淬火比较，外表淬火变形小、成本低、。
轿车齿轮外表淬火首要选用感应淬火工艺。因为感应加热速度快，几乎没有氧化、脱碳，齿轮变形很小，还易于完成局部加热及主动化生产，热处理成本低。因而，在现代化轿车行业中得到广泛应用。
3渗碳与碳氮共渗
渗碳淬火
渗碳淬火是先将齿轮等零件放入渗碳介质中，在880~950℃下加热、保温，使齿轮外表增碳，然后进行淬火。
轿车齿轮常用气体渗碳工艺。渗碳淬火、回火后齿轮外表硬度一般在58~63HRC。现在，渗碳淬火已经成为重要轿车齿轮（如差速器齿轮、驱动桥主从动弧齿锥齿轮、变速器齿轮等）的主导热处理工艺。
碳氮共渗
近几年轿车用主动变速器AIT渗碳齿轮的齿面在工作中的实践温度约达300℃，远高于正常的回火温度（150~200℃）。这种外表的温度将导致硬度下降，引发点蚀的产生。选用碳氮共渗后喷丸硬化可进步疲惫强度。在碳氮共渗时，随着含氮量的添加ΔHV（硬度降）进步，抗回火功能进步，抗回火温度到达300℃。
4渗氮与氮碳共渗
渗氮
渗氮是向齿轮等零件外表进入氮原子形成氮化层的化学热处理工艺。渗氮能够进步齿轮外表硬度、耐磨性、疲惫强度及抗蚀才能。渗氮处理温度低，因而齿轮变形小，无需磨削或只需精磨即可。
日本在轿车变速器齿轮热处理时选用渗氮工艺，德国Clocker-离子公司将离子渗氮应用于轿车齿轮，均进步了齿轮精度和运用寿命。
氮碳共渗
氮碳共渗是以渗氮为主一起进入碳的化学热处理工艺。氮碳共渗能够显著进步齿轮的耐磨性、抗胶合和抗擦伤才能、耐疲惫功能及耐腐蚀功能。现在，气体氮碳共渗应用于轿车、轻型客车变速器齿轮等零件。
轿车齿轮热处理的开展趋势
未来轿车齿轮正向重载、高速、和率等方向开展，并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。
（1）***
首要表现在：资料的均匀性，即要求资料具有杰出的成分和安排的均匀性；温度场和流体场，即不断改进温度场和各种流体场，如渗碳、渗氮、碳氮共渗的流体场和淬火的液体场的改进，进一步进步齿轮内涵质量。
（2）低能耗
齿轮热处理***配备的研制和开展，如开发更好的炉衬耐热和保温节能资料，尽可能下降炉壁温升，削减炉壁热损耗；废热归纳使用，如铸造余热的使用，进行铸造余热正火等，下降齿轮成本。
（3）环保
研究开发齿轮的新工艺，这些新工艺少（无）污染、环保，如低压真空渗碳、离子渗氮、双频感应淬火、激光淬火、稀土及BH催渗等技能的开展。
（4）智能化
智能化是齿轮热处理操控技能开展的必然趋势，计算机、传感器、智能库将构成智能热处理的中心，首要表现在：依据齿轮等零件的资料、技能要求等，体系主动生成工艺；生产过程的***闭环主动操控；齿轮等零件的热处理质量的预测、预判；体系故障主动诊断与处置；在线的自适应及应急应变才能，如开发了离子渗氮、碳氮共渗所用的氮势传感器和低压渗碳的碳势传感器等。
齿轮加工中强力喷丸
强力喷丸是提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要方法，是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮寿命的重要途径。本文主要介绍齿轮加工中的强力喷丸工艺。
1、工作原理
强力喷丸工艺主要是利用高速喷射的细小钢丸在室温下撞击受喷工件表面，使工件表层材料产生弹塑性变形并呈现较高的残余压应力，从而提高工件表面强度及疲劳强度。喷丸一方面使零件表面发生弹性变形，同时也产生了大量孪晶和位错，使材料表面发生加工强化。如图1所示：
. 图1-a 经喷丸处理的零件表面 图1-b 未经喷丸处理的零件表面
喷丸对表面形貌和性能的影响主要表现在改变零件的表面硬度、表面粗糙度、抗应力腐蚀能力和零件的疲劳寿命。零件的材料表层在钢丸束的冲击下发生循环塑性变形。根据材料的性质和状态的不同，喷丸后材料的表层将发生以下变化：硬度变化、组织结构的变化、相转变、表层残余应力场的形成、表面粗糙度的变化等。
2、 喷丸强度的测量方法
当一块金属片接受钢丸流的喷击时会产生弯曲。饱和状态和喷丸强度是喷丸加工工艺中的两个重要概念。饱和状态是指在同一条件下继续喷击而不再改变受喷区域机械特性时的状态。所谓喷丸强度，就是通过打击预制成一定规格的金属片（即试片），在规定的时间使之达到饱和状态的强弱程度，并用试片弯曲的弧高值来度量其喷击的强弱程度。
目前，应用广的美国机动车工程学会喷丸标准中采用阿尔曼提出的喷丸强化检验法——弧高度法，该方法由美国GM公司的J. O. Almen（阿尔门）提出，并由SAEJ442a和SAE443标准规定的测量方法，其要点是用一定规格的弹簧钢试片通过检测喷丸强化后的形状变化来反映喷丸效果。对薄板试片进行单面喷丸时，由于表面层在弹丸作用下产生参与拉伸形变，所以薄板向喷丸面呈球面弯曲。通常在一定跨度距离上测量球面的弧高度值，用其来度量喷丸的强度。测定弧高度值是通过将阿尔门试片固定在***夹具上，经喷丸后，再取下试片，然后用阿尔门量规测量试片经单面喷丸作用下产生的参与拉伸形变量（即弧高度值）。如用试片测得的弧高值为0.35mm时，记作0.35A。
喷丸强度的另一种检验方法为残余应力检测，即对经强力喷丸后的工件进行残余应力的检测，具体的检验方法为X射线衍射法。在美国SAE J784a标准中推荐如下方法：X射线的入射和衍射束必须平行于齿轮的齿根，圆柱直齿轮和圆柱螺旋齿轮上的测量位置应当在齿根的宽度中央，照射区域必须集中在齿根圆角的中心，不能横向延伸超出规定的齿根圆角表面深度的测量点，照射区域大小的控制可以通过对直光束和适当遮盖齿根表面实现；在每个选定受检的齿轮上，少要任选两个齿进行评估，两齿间隔180。如果齿的有效齿廓受到保护没有研磨，则可以认为齿根研磨的用于表面下残余应力测量的齿轮未受损坏并且可以用于生产。
3、 喷丸对提高零件疲劳抗力的作用
a．借助表面冷变形实现材料表面强化的本质在于冷变形造成材料表层组织结构的变化、引入残余压应力以及表面形貌的变化。
b． 喷丸使材料表面性能改善
c． 强化喷丸过程中，当微小球形钢丸高速撞击受喷工件表面时，使工件表层材料产生弹、塑性变形，撞击处因塑性形变而产生一压坑，撞击导致压坑附近的表面材料发生径向延伸。当越来越多的钢丸撞击到受喷工件表面时，工件表面越来越多的部分因吸收高速运动钢丸的动能而产生塑性流变，使表面材料因塑性变化而产生的径向延伸区域越来越大，发生塑性形变的表面逐步连接成片，则使工件表面逐步形成一层均匀的塑性变形层。塑性变形层形成后，硬质合金刀具制造，继续喷丸会使塑变层因继续延伸而厚度逐步变薄，同时塑变层的径向延伸会因受到邻近区域的限制而导致重叠部分发生破坏，终塑变层因持续的喷丸而剥落。所以必须对喷丸的时间加以严格的控制。
4、喷丸对渗碳齿轮表层残余应力的影响
关于喷丸使工件表面形成残余应力的原因，根据Al-Obaid等人的观点：当高速钢丸撞击到试样表面，撞击处产生塑性变形而残余一压坑，当越来越多的钢丸撞击到试样表面时，则会在试样表层产生一层均匀的塑变层，由于塑性变形层的体积膨胀会受到来自未塑性变形近邻区域的限制，因此整个塑变层受到一压应力。
由于残余压应力及其分布对齿轮疲劳寿命有较大的影响，而喷丸强化工艺的优劣将直接影响残余应力大小及其分布。因此准确测定受喷零件的表层残余应力对于评价喷丸工艺的优劣是一个行之有效的手段。
5、喷丸对零件表面粗糙度的影响
强化喷丸会引起零件受喷表面的塑性变形，使零件的表面粗糙度发生变化。表面粗糙度是一种微观几何形状误差，又称为微观不平度。表面粗糙度和表面波度、形状误差一样，都属于零件的几何形状误差，表面粗糙度对于机器零件的使用性能有着重要的影响。喷丸对材料表面粗糙度的影响通常在Ra0.6～20mm范围内。在不改变工艺参数的条件下，材料原始表面粗糙度愈高，喷丸后的Ra值愈大。生产实践证明，一般情况下，喷前表面粗糙度在6.3mm以下，喷丸可以提高或维持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，则喷丸后表面粗糙度有所降低。
在生产实践中，要想获得较理想的喷丸表面，应从以下几个方面着手：
提供较好的原始表面，Ra值应在6.3mm以下；
选择合理的钢丸直径和喷丸压力；
在大直径钢丸喷丸强化后，采用较小钢丸低压力(不能改变喷丸强度值)覆盖一次，可达到较好的表面粗糙度。
喷丸后的零件表面应轻微打磨，打磨时要控制表面金属去除量。这样，既不损害喷丸的强化效果，又可改善表面粗糙度。当然，这是一个多因素问题，不论采用什么方法，必须同时考虑其他因素的影响。
6 、工艺参数对喷丸效果的影响
对喷丸质量有影响的主要有以下几个方面：
钢丸材料、钢丸直径、钢丸速度、钢丸流量、喷射角度、喷射距离、喷射时间、覆盖率等。其中任何一个参数的变化都会不同程度地影响喷丸强化的效果。
a、钢丸的材料、硬度、尺寸及粒度对喷丸效果的影响
铸铁丸和铸钢丸通常用于硬齿面齿轮的喷丸。铸铁丸的缺点是韧性较低，在喷丸过程中易于破碎、耗损量大，对破碎的钢丸要及时分离，否则会影响受喷表面质量。但铸铁丸的优点是价格便宜、硬度高，可以使受喷表面产生较高的残余压应力。铸钢丸与铸铁丸相比，其优点是不易破碎，对受喷表面几何形貌有利。但铸钢丸硬度较铸铁丸低，在其他条件相同时，受喷表面的残余压应力低于铸铁丸。
高速车削TC4钛合金硬质合金刀片槽型对刀具磨损的影响
TC4钛合金具有比强度高、高温热强性和耐热功能高、抗腐蚀性好等尤秀功能，因而成为航空航天工业中应用前景极其宽广的资料。一起，因为化学活性大、变形系数小、热传导率低一级特色又使其成为一种典型的难加工资料。现在，硬质合金是切削TC4钛合金的首要刀具资料，且可转位硬质合金刀片的使用越来越广泛。在加工过程中，可转位刀片的槽型对切削过程有很大影响，国内外学者对刀片槽型对切削加工的影响进行了深入的研讨，波兰学者Grzesik对三维槽型刀具切削钢材的切屑折断机理进行了研讨，发现对触摸面的控制是影响切屑折断的一个重要因素。中山一雄以为:切屑受挤压而弯曲是因为断屑槽施加弯矩效果的结果，并以为断屑槽型的不同会导致断屑功能的不同。Worthington等人研讨了棱带宽度在切削过程中的断屑效果，并给出棱带的宽度范围，一起给出了切屑弯曲半径。方宁研讨了刀片槽型对断屑功能的影响，并应用多重线性办法，建立了两种预测新型刀片断屑功能的数学模型。
综上所述，现在对切削加工中槽型对切削影响的研讨首要集中在断屑方向。事实上，刀片的槽型对刀片本身的磨损也有很大影响，特别是高速切削TC4钛合金时刀具磨损很快，此刻，槽型对刀片磨损的影响就显得更为突出。本文选用山特维克可乐满CNMG120408刀片的SM和QM两种槽型进行研讨，通过实验来比照剖析不同切削速度下两种槽型刀片的磨损特色。
1 实验设备及条件
1.1 实验设备
实验选用的是沈阳地一机床厂出产的数控车床CAK6150(如图1)，其主轴蕞大转速为1800r/min。
刀片磨损的观测选用基恩士VHX-1000C型超景深三维显微体系(如图2)。
1.2 刀片的几许参数及槽型特征
实验选用刀片的商标为H13A，它是山特维克可乐满公司针对钛合金及耐热合金切削开发的一种新型细晶硬质合金刀具商标，具有良好的耐磨粒磨损性和韧性，适用于钛合金的车削加工。
刀片型号为CNMG120408，其安装后的刀具几许参数如表1。
实验选用了CNMG120408的两种槽型，即QM槽型和SM槽型刀片进行比照研讨。两种刀片槽型的结构特征如图3所示，它们的前角均为15°，QM槽型选用波涛形槽背，涂层硬质合金刀具，一起它具有较大的棱带宽度，宽深比较小。SM槽型的棱带宽度较小，根本可以忽略，因而刀刃比较尖利，槽型较陡峭，宽深比较大。
1.3 实验方案
TC4钛合金常用切削速度为40～50m/min，为深入研讨高速车削时刀片槽型对刀具磨损的影响规律，实验选择两种不同的切削速度进行比照剖析，其切削速度分别为：95m/min、139m/min。详细切削条件如表2所示。
2 实验结果及剖析
2.1 切削速度为95m/min时刀具磨损的形状
图4为切削速度95m/min时两种槽型刀片的磨损情况。在前刀面上，两种槽型刀片的磨损描摹首要是月牙洼磨损，QM槽型刀片磨损更为严峻，可观察到刀具资料因为高温发生了塑性变形。在后刀面上，因为钛合金的回弹较大，后刀面和工件的触摸应力增大，切削区的温度升高，因而刀具后刀面的磨损比切削其他资料时要相对严峻一些。由图4可知，两种槽型刀片中QM槽型刀片后刀面磨损比SM槽型刀片严峻得多，可以显着观察到刀具资料高温软化后工件资料中的硬质点在刀具上划擦发生的犁沟，一起可见因为高温使刀具资料发生塑性变形引起的粘结磨损。SM槽型刀片的后刀面磨损较轻，仅发生了较小的机械磨损，未见显着犁沟
图5为两种槽型刀片在切削速度95m/min时的磨损曲线，可以看出，在切削初始阶段QM槽型刀片磨损稍大，跟着切削的持续，SM槽型刀片有很长的一段正常磨损阶段，切削旅程到达1400m后，后刀面磨损量仍小于0.15mm。QM槽型刀片的正常磨损阶段要短得多，后刀面磨损量在切削旅程为1300m时到达0.25mm，此后刀具磨损加重，进入急剧磨损阶段，切削旅程到达1400m时后刀面磨损量已超越0.5mm。在切削速度为95m/min时SM槽型刀片的磨损显着小于QM槽型刀片，硬质合金刀具材料，SM槽型刀片具有更好的切削功能。
2.2 切削速度为139m/min时刀具磨损的形状
图6为切削速度为139m/min时两种槽型刀片的磨损情况。两种槽型刀片在前刀面上的月牙洼磨损均较为严峻，且均可观察到高温引起的塑性变形。在后刀面上，两种槽型刀片均能显着观察到因为高温发生的粘结磨损和刀具资料高温软化后发生的犁沟磨损，且SM槽型刀片的后刀面磨损较重。
图7为两种槽型刀片在切削速度为139m/min时的磨损曲线，可以看出，在切削初始阶段，两种槽型刀片磨损大致相同，跟着切削的持续，两种槽型刀片的磨损均较快，首要原因是高速切削时刀具与工件触摸频率增大，刀尖的散热时刻缩短，导致切削区的温度急剧添加，刀具磨损速度加快。与切削速度为95m/min时不同，此刻QM槽型刀片磨损相对较小，切削旅程到达300m曾经刀具的磨损都比较平稳，为正常磨损阶段，而SM槽型刀片在切削旅程到达250m时就进入了急剧磨损阶段，正常磨损阶段较短。与切削速度为95m/min时相比，两种槽型刀片的磨损均敏捷得多。SM槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时，切削旅程不足450m，刀具使用寿命比切削速度为95m/min时大幅下降。QM槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时，切削旅程约为500m，刀具使用寿命不及切削速度为95m/min时的一半。在整个磨损过程中QM槽型刀片的磨损小于SM槽型刀片，此刻QM槽型刀片具有更好的切削功能。
2.3 两种切削速度下两种槽型刀片功能差异的剖析
比较图5和图7不难发现，两种槽型刀片在两种切削速度下的切削功能体现恰好相反。在相对较低的95m/min切削条件下，SM槽型要比QM槽型刀片的切削功能好，而在相对较高的139m/min切削条件下，结果相反，QM槽型刀片的磨损一向小于SM槽型刀片。
如图3所示，剖析SM槽型与QM槽型的区别可知，SM槽型刀片刃口尖利，刀尖体积较小，QM槽型刀片刃口粗钝，刀尖体积较大。在切削过程中切削区的温度是影响刀具磨损机理与速率的决定性因素，而切削区的温度又由切削时切削热的发生速率与散出速率一起决定。换言之，切削时单位时刻发生的热量经切屑、刀具、工件和周围介质散出后，留存在切削区内的热量决定了其切削温度，进而决定了刀具的磨损机理与速率。
选用95m/min的切削速度时，因为SM槽型刀片刃口尖利，切屑早年刀面流出更顺畅，摩擦热发生较少，切削区内刀尖处的温度相对较低，因而SM槽型刀片磨损较少。
当选用139m/min的切削速度时，高速切削条件下两种槽型刀片发生切削热的速率均远高于较低的95m/min速度时的切削加工，此刻切削区的散热条件对切削区温度的影响效果凸显出来。在干切削时切削热的传出途径除掉切屑和工件散热外，刀具散热是切削热传出的重要途径，特别是关于导热性不好的钛合金零件，其工件散热较慢，刀具散热就显得更为重要。此刻，SM槽型刀片虽然产热较少，但其散热条件相对更差，QM槽型刀片虽然产热较多，但其粗钝的刃口和较大的刀尖体积大大改善了散热条件，这样，在切削热的发生与散出这对对立中，QM槽型刀片胜出，南京硬质合金刀具，QM槽型刀片在切削区内刀尖处的温度低于SM槽型。一起，此刻两种槽型刀片的切削温度都远高于95m/min时的切削温度，粘接磨损成为此刻刀具的首要磨损方式。QM槽形刀片刃口粗钝，更有利于抵抗工件资料的粘接，然后减小刀具的磨损。因而，在切削速度为139m/min时，QM槽形刀片体现出更好的切削功能。
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