我國齒輪生產技術的研究進展概述
產業發展
作者：曹登高
摘要：隨著機械設備技術參數的不斷改進和環境問題的日益嚴重，不僅要求齒輪具有更加優良的使用性能，更從使用壽命、用戶感受、能源節約等方麵提出了越來越高的要求。文章主要從齒輪材料、熱處理工藝、機加工工藝和新型成形工藝這四個角度闡述了近年來齒輪生產技術為適應需求而取得的研究成果與突破，為後續齒輪生產技術的不斷革新提供一定參考依據。
關鍵詞：齒輪生產技術；熱處理；切削加工；成形方法
中圖分類號：TH132文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）23-0005-03
1概述
齒輪作為機械工業中最基礎的傳動零件之一，它能利用齒麵接觸連續傳遞動力。齒輪傳動是機械傳動中應用最廣泛的一種傳動形式，它具有效率高，結構緊湊、工作可靠、使用壽命長，傳動比恒定等優點。儀器儀表、
汽車、機床、重工機械等許多自動化設備都離不開齒輪。
齒輪在運作過程中，齒部和齒麵將受到較大的摩擦力、彎曲應力和接觸應力，甚至在齧合不均勻時還會受到較大的過載衝擊力，這會造成齒輪不同形式的損傷和失效，從而影響齒輪使用壽命。若要延長齒輪使用壽命，就要求齒輪在工作過程中要能夠承受多種形式的損傷，其基本要求為表麵具有較高的硬度及耐磨損性，而心部能夠抵抗較大的衝擊，整體上能夠抵抗較大的彎曲變形。不僅如此，隨著工業生產及國民生活水平的提高，機械設備的技術參數正向著高速、高載重量、低噪聲和輕量化發展，這對其中如齒輪等基礎零部件的使用性能提出了更高的要求。而且在環境保護和能源高效利用的時代背景下，齒輪生產中的材料與能源利用率也成為了齒輪生產中需要重點關注的指標。
雖然，我國目前的齒輪生產製造技術仍然存在許多不足，如齒輪鋼含氧量過高、淬透帶太寬，齒輪機加工精度不夠高，材料利用不夠充分等。但研究學者們已經針對齒輪生產過程的各個環節做了許多研究工作，也取得了一些有價值的突破和進展。本文主要從齒輪材料、齒輪熱處理工藝、齒輪機加工工藝和齒輪成形新工藝這四個角度，闡述近年來齒輪生產技術的發展和突破，為後續齒輪生產技術的進一步革新提供參考依據。
2齒輪材料和熱處理技術的研究進展
目前我國自產的鋼還存在含氧量過高，淬透性帶寬離散度大、冶金工藝不夠成熟造成硫化物夾雜級別過高等問題。研究學者對我國齒輪材料的改良主要從優化已有齒輪材料和創造新型齒輪材料這兩個角度尋求突破。
西安科技大學的尚可超學者所研究開發的低Cr-Ni鋼，是基於現有滲碳鋼成分的基礎，通過對其中的合金元素含量進行微調並做了相關研發工作所得，這種新型鋼材對Cr、Ni合金元素需求相對較低，而這兩種元素又是我國的稀缺合金元素。該鋼從性能上來講，與Cr-Mn-Ti係列鋼材料對比，淬透性優勢明顯。輔以適當的熱處理工藝，可以提高塑性、衝擊韌性和強度指標值。從現有的實踐結果上看，性能好、壽命長、耗資低等特點是該鋼種用與生產齒輪產品的顯著優勢。
楊延輝等實驗證明了Ti-Nb微合金化的20CrMnTiNb鋼更適合用於齒輪生產。他借助熱模擬滲碳方法，將Ti-Nb微合金化的兩種滲碳齒輪鋼20CrMnTi和20CrMnTiNb進行了對比試驗，從試驗結果中能夠得到它們在930℃～1200℃保溫時，奧氏體晶粒長大的規律。研究表明，在加入了0.048%的铌和0.038%的鈦之後，20CrMnTiNb鋼中粒子間距較含0.054%的鈦的20CrMnTi鋼中的粒子間距明顯更低，且經1000℃奧氏體化十小時後，該鋼種的奧氏體晶粒未出現顯著長大和混晶現象，說明對它適合采用高溫滲碳工藝。
西安工業大學研發的新型貝氏體鋼，具有較強的淬透性，經軋製、鍛造或模鍛後並采用空冷的方式即可得到新的貝氏體組織。在不回火、低溫回火操作下得到的新型貝氏體鋼具有更好的力學性能，這個工藝流程相對簡單，在實際生產過程中，可以將熱成型和熱處理過程合並起來。熱處理變形應力大和淬火裂紋現象不會出現在這種新型貝氏體鋼的熱處理工藝中。它具有強度高、韌性強、成本低、易焊接易鋼合金化的特點。
3熱處理技術的改良
在對汽車齒輪的品質提高的研究中，優先考慮選材，其次是嚴格規範熱處理工藝，在現有的基礎上進行不斷創新，推廣熱處理新設備和采用新技術工藝。熱處理作為齒輪品質控製過程中的一個關鍵工序，在我國的應用還有很大的進步空間，我國汽車齒輪的質量與先進國家的同類產品差距較大，平均使用壽命低、能耗大、勞動生產率低。