齒輪制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造由多個(gè)單個(gè)組件構(gòu)成的端面齒輪的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的基本目的在于，在預(yù)期的轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)實(shí)現(xiàn)盡可能高的轉(zhuǎn)矩傳遞。在此，一方面必須實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳動(dòng)組件的取決于應(yīng)用的安全性。另一方面必須能夠經(jīng)濟(jì)地制造該結(jié)構(gòu)。在此，關(guān)鍵組件是咬合的組件，如內(nèi)齒輪，行星齒輪，太陽(yáng)輪，小齒輪軸和正齒輪，其中后者由于其直徑和重量的原因在其齒部的框架下被最大程度地充分利用。為此目的所有情況下都必需的是，以較小的誤差概率和較高的純凈度由高價(jià)值的齒輪鋼來(lái)制造圓柱齒輪。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)必要的邊緣強(qiáng)度和根部強(qiáng)度，在多數(shù)情況下必須至少對(duì)齒輪的咬合的區(qū)域進(jìn)行硬化。齒的最大的邊緣強(qiáng)度和根部強(qiáng)度通過(guò)所謂的表面硬化實(shí)現(xiàn)，其加工步驟包括滲碳，硬化和退火。在這種類(lèi)型的現(xiàn)有技術(shù)中僅僅利用這樣的表面硬化實(shí)現(xiàn)了最高的特定功率密度和安全性，如其尤其會(huì)在高負(fù)載的、此外緩慢運(yùn)行的大型傳動(dòng)齒輪所要求的那樣。
[0004]已知的是，較小的齒輪以及大型傳動(dòng)齒輪，也就是具有600mm和更大的外直徑的齒輪由一體的毛坯制造。這樣的齒輪的制造技術(shù)上的流程劃分成三個(gè)主要加工階段和以及接下來(lái)的質(zhì)量檢驗(yàn)過(guò)程。這些加工階段是軟加工，淬火和硬加工。其又被再次劃分成相應(yīng)的子加工步驟。
[0005]在軟加工時(shí)，在棒材的情況中首先在第一步驟中切短原材料部件。接下來(lái)該原材料部件被預(yù)車(chē)削并且鉆孔，從而獲得環(huán)形的構(gòu)造。
[0006]在預(yù)先做成的圓孔盤(pán)的情況中，其尤其在較大的直徑的情況下是成本經(jīng)濟(jì)地有意義的，同樣要求首先進(jìn)行預(yù)車(chē)削和鉆孔。在此其表現(xiàn)為，通過(guò)預(yù)先制造出的中心孔已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)上表現(xiàn)出材料節(jié)省。
[0007]接下來(lái)，在兩種可能的原材料設(shè)計(jì)中制造出齒部，例如通過(guò)銑齒或者類(lèi)似的方法。最后實(shí)現(xiàn)對(duì)齒部去毛刺。
[0008]在硬化車(chē)間中，在表面硬化的情況中，在第一步驟中遮蓋部件的無(wú)需咬合的區(qū)域。接下來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)部件的滲碳，其中部件邊緣涂層以碳材料積聚。接下來(lái)部件被硬化，例如通過(guò)在液態(tài)的或者氣態(tài)的淬火介質(zhì)中對(duì)部件進(jìn)行淬火，由此實(shí)現(xiàn)了具有高的表面硬度和硬度的部件。在另外的步驟中實(shí)現(xiàn)了對(duì)部件的退火，其中硬度又略微被降低，但是也進(jìn)一步降低了不利的內(nèi)應(yīng)力。部件核心相反保持在韌性調(diào)質(zhì)的狀態(tài)。在表面硬化時(shí)要注意，在部件的硬化期間必須被遮蓋的整個(gè)部件表面是能夠被觸及的。覆蓋所有接下來(lái)應(yīng)該被進(jìn)一步加工處理的面，例如像軸座、槽、短齒部、鉆孔、螺紋，當(dāng)其還沒(méi)有實(shí)施時(shí)。在硬化爐中的批處理在考慮到熱轉(zhuǎn)移和通過(guò)組件的自重造成的彎曲的情況下實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)行退火也同樣要考慮這些規(guī)定。淬火劑應(yīng)該能夠無(wú)阻礙地環(huán)繞部件流動(dòng)，因此要避免底切部和空腔。此外，底切部和尤其是空腔具有穿流孔，其然而會(huì)導(dǎo)致不均勻的淬火，即使在尤其避免空氣的影響時(shí)。
[0009]在接下來(lái)的步驟中，部件通常通過(guò)清潔射流來(lái)清洗。該清潔射流要能夠直接達(dá)到所涉及的面上?？涨粫?huì)相應(yīng)地不能被清潔。顆粒應(yīng)當(dāng)能夠從部件空腔中去除。
[0010]在接下來(lái)的硬加工時(shí)實(shí)現(xiàn)在硬化的狀態(tài)中的機(jī)械加工。因此，部件能夠在第一步驟中硬車(chē)削并且在接下來(lái)被使用。此后實(shí)現(xiàn)對(duì)齒部的打磨加工。
[0011]為了執(zhí)行在軟加工和硬加工的范疇中車(chē)削、銑削和打磨加工，部件必須容納在相應(yīng)的機(jī)床中。為此使用張力板，擴(kuò)管芯棒或者芯軸。此外存在使用零張力板的可能性。在內(nèi)加工期間，在外表面上夾緊，其中在夾緊之前通常將定向面安裝到頂圓面上。側(cè)面具有用于夾緊的首選側(cè)。原則上應(yīng)考慮預(yù)設(shè)的夾緊面和夾緊件、工具磨損和工具傾斜度。在給定的容差的情況中要考慮該加工是否必須在一個(gè)夾緊過(guò)程內(nèi)或者在多個(gè)夾緊過(guò)程內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
[0012]在執(zhí)行硬處理之后對(duì)如此制造的部件進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)量和去毛刺。
[0013]在質(zhì)量檢驗(yàn)的范疇中，取決于待檢驗(yàn)的參數(shù)使用不同的方法。因此齒輪能夠例如經(jīng)受裂紋檢驗(yàn)，表面硬度檢驗(yàn)，燒損研磨檢驗(yàn)或者類(lèi)似。
[0014]燒損研磨檢驗(yàn)用于對(duì)硬加工的部件的損壞進(jìn)行檢驗(yàn)，該損壞通過(guò)硬化的齒部的磨損產(chǎn)生。在磨損時(shí)，其在不利的過(guò)程引導(dǎo)的情況中出現(xiàn)磨損區(qū)域的局部過(guò)熱，由此引起新的硬化區(qū)域或者退火過(guò)程，其會(huì)導(dǎo)致齒輪遲些時(shí)候的失效。常見(jiàn)的燒損研磨檢驗(yàn)在使用硝酸腐蝕工藝的情況下執(zhí)行。在這樣的硝酸腐蝕時(shí)齒輪被完全浸入到硝酸池中，這導(dǎo)致接合部的表面松脫或者腐蝕。該酸侵蝕取決于晶粒取向和接合部的微結(jié)構(gòu)而不同程度地實(shí)現(xiàn)，由此在合適的過(guò)程引導(dǎo)中利用眼睛能夠識(shí)別到接合部的可見(jiàn)的深淺程度，這表示出在重新硬化或者降低表面硬化的情況中與按照規(guī)定硬化的結(jié)構(gòu)的不同。酸溶液必須在硝酸腐蝕之后再次從部件上去除，從而避免不利的影響，如例如通過(guò)氫氣誘導(dǎo)的應(yīng)力裂紋腐蝕造成的部件的損壞，通過(guò)腐蝕產(chǎn)物或者通過(guò)難以去除的鹽或者甚至通過(guò)酸轉(zhuǎn)結(jié)由于在清潔池中沒(méi)有滴完而導(dǎo)致的傳動(dòng)裝置油的污染等等，對(duì)此僅僅提及若干實(shí)例。
[0015]齒輪的一體構(gòu)造的缺點(diǎn)在于，隨著齒輪逐漸變小的外直徑，其在材料要求和制造重量方面是非常不利的。作為重量問(wèn)題的解決方案已知的是，大型齒輪被卷邊地(eingesickt)設(shè)計(jì)。換句話說(shuō)，在車(chē)削加工的范疇中從輪側(cè)面去除材料。然而由此對(duì)制造成本產(chǎn)生不利的影響，因?yàn)闉榱诉M(jìn)行卷邊需要另外的加工力量并且該材料已經(jīng)在原材料采購(gòu)中產(chǎn)生費(fèi)用。
[0016]另外的問(wèn)題在表面硬化時(shí)隨著齒輪的增大的外直徑出現(xiàn)。在該過(guò)程中，很多能量被引入到部件中，這在淬火工藝中會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的部件彎曲。該部件彎曲不僅之前通過(guò)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)性措施而且之后還要通過(guò)相應(yīng)的材料去除來(lái)補(bǔ)償。為了改善硬化或者淬火工藝，例如已知的是，這在部件中引入空洞，其應(yīng)該確保部件均勻地由淬火介質(zhì)沖洗，從而在其冷卻期間實(shí)現(xiàn)組件的更好溫度曲線并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最小的彎曲。對(duì)于后續(xù)的材料去除來(lái)說(shuō)，部件必須設(shè)計(jì)具有相應(yīng)的加工余量，從而能夠在額定尺寸上實(shí)現(xiàn)后續(xù)的材料去除。該后續(xù)的材料去除然而必須在組件的硬化的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致提高的成本和相應(yīng)的不經(jīng)濟(jì)性。
[0017]盡管該昂貴的和復(fù)雜的應(yīng)對(duì)措施，然而在實(shí)踐中該部件也很難在狹窄的區(qū)域受控地得到控制。結(jié)果是，以之前描述的方法制造的尤其是一體設(shè)計(jì)的大型齒輪在材料成本和制造成本并且在總體上僅僅有條件地在經(jīng)濟(jì)上做出妥協(xié)。
[0018]作為之前描述的類(lèi)型的一體設(shè)計(jì)的齒輪的替代方案，公開(kāi)了一種混合型齒輪，其由多個(gè)組件組成，也就是至少由轂、布置在轂上的齒輪體和在齒輪體的外邊緣上布置的齒環(huán)組成。這樣的混合型齒輪必須在相同的安全性的情況中在其功率轉(zhuǎn)換上是能進(jìn)行參照的。其必須能夠經(jīng)濟(jì)地制造并且具有同樣高品質(zhì)的生產(chǎn)配額。
[0019]在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開(kāi)了這樣的混合型齒輪的極不同的設(shè)計(jì)方案，其首先通過(guò)類(lèi)型來(lái)區(qū)分，單個(gè)組件彼此如何固定，以及通過(guò)單個(gè)組件的設(shè)計(jì)來(lái)區(qū)分。
[0020]單個(gè)組件的彼此固定可以機(jī)械地實(shí)現(xiàn)，因此齒環(huán)可以例如與輪體旋擰在一起。可替換的是，將齒環(huán)熱縮在輪體上也是已知的，其中齒環(huán)相對(duì)于輪體經(jīng)常通過(guò)相應(yīng)的形狀配合保險(xiǎn)裝置防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0021]可替換的是，單個(gè)組件也能通過(guò)焊接彼此形狀配合地連接。被焊接的齒輪除了齒部保險(xiǎn)裝置之外附加地在其接口特性上進(jìn)行設(shè)計(jì)。接合接口由齒環(huán)和輪體(所謂的輪緣)，輪體和轂以及轂和軸的部件組合構(gòu)成。該接合位置必須在設(shè)計(jì)規(guī)劃和制造規(guī)劃上一同進(jìn)行考慮。此外，其制造技術(shù)上的成本和其對(duì)部件功能的影響也要被考慮。
[0022]用于混合型大型齒輪的已知的制造流程例如為毛坯件的提供，預(yù)車(chē)削，焊接，銑齒，可能還有感應(yīng)硬化，齒部打磨和接下來(lái)的質(zhì)量保證。
[0023]焊接工序在大型齒輪的情況中至今位置毫無(wú)例外地通過(guò)MSG焊接(金屬惰性氣體保護(hù)焊接)，電極焊接或者埋弧焊接實(shí)現(xiàn)-所有的方法都具有熔接的電極和相對(duì)高的拉伸能量并進(jìn)而對(duì)連接和基礎(chǔ)材料的冶金特性產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。這些焊接工藝一定會(huì)在鋼構(gòu)造結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)出很大的內(nèi)應(yīng)力?；谠摫尘?，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)常常在焊接工序之后為了瓦解應(yīng)力而執(zhí)行減應(yīng)力退火，從而阻止了另外的加工步驟也許將該應(yīng)力釋放導(dǎo)致變形，例如在車(chē)削卷邊時(shí)，在非對(duì)稱地降低壁厚時(shí)或者類(lèi)似情況。這種制造伴隨的變形是已知的并且導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的廢棄。相應(yīng)地，被焊接的大型傳動(dòng)裝置齒輪的高精度的尺寸加工僅僅能夠在還行減應(yīng)力退火之后才能實(shí)現(xiàn)。
[0024]被焊接的部件的硬化至少在大型傳動(dòng)裝置齒輪的情況中通過(guò)感應(yīng)硬化實(shí)現(xiàn)。該方法具有優(yōu)點(diǎn)，即僅僅局部地將相對(duì)較小的熱能引入到部件中，由