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摘 要：硬齿面齿轮是指采用特种钢材，应用复合工艺使齿轮表面硬度达到HRC 45以上硬度的齿轮，通常采用齿轮表面渗氮或氮碳共渗（硬度约为HRC52）、中高频感应淬火或火焰淬火（硬度约为HRC55）和齿轮表面渗碳淬火（硬度HRC 58-62）。加工工艺一般采用滚齿、剃齿、热处理或珩齿工艺；滚齿、热处理、磨齿工艺，国内外制定了齿轮表面硬度、芯部硬度、有效硬化层深度等一系列检验标准，对完善热处理工艺，保证硬齿面齿轮质量起到了重要的作用，使硬齿面齿轮技术得到快速发展和广泛应用。
关键词：硬齿面；齿轮加工；技术要点；发展方向
硬齿面齿轮传动是现代装备制造业中传递动力和运动的一种主要形式。硬齿面齿轮的设计和制造水平直接影响到机械产品的性能，在工业发展中占有举足轻重的地位，被公认为工业化先进程度的一种标志。随着工业技术的飞速发展，要求齿轮具有高精度、高速、高承载力、高齿面硬度、良好的齿面质量、长寿命等技术指标。
一、我国硬齿面齿轮加工技术要点分析
在工业领域中，对具有高齿面质量、高传动性能齿轮数量的需求成几何级数增长。根据《中国齿轮行业“十二五”发展规划纲要》调查数据显示，我国齿轮行业年销售额超过1600亿元，平均年增长率达到25%以上，已成为世界第三大齿轮制造国。国家将高性能机床及基础装备列为重大专项之一，为装备主机提供配套服务的齿轮行业成为重点发展目标。硬齿面齿轮精加工技术关系到国家安全和尖端科技的发展，是国家的一项战略需求。齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力都随着齿轮的强度（硬度）提高而提高，因此，随着齿轮传动参数的提高及加工制造技术的进展，国内外已普遍地采用硬齿面齿轮。硬齿面齿轮的应用不仅大大提高了齿轮的承载能力，同时还可取得良好的经济效益。硬齿面齿轮的精加工是以高效率、高质量、低成本为目标，实现材料高效去除的一种齿轮精加工技术。随着硬质合金材料、刀具涂层技术、超硬磨粒工具制备技术和齿轮精加工机床技术的发展，淬硬齿轮加工技术和齿轮加工精度有了显著的提高，高精度齿轮的加工成本大幅度降低。目前，针对淬火后硬齿面齿轮所采用的加工方法有硬齿面剃齿、硬齿面精滚（刮削）、硬齿面磨齿等。其中硬齿面剃齿、硬齿面精滚适用于齿面硬度为HRC 45-53的齿轮精加工，硬齿面磨齿适用于齿面硬度HRC45的齿轮精加工。硬齿面齿轮精加工技术主要包括材料去除机理、机床设计、工具制备技术、一体化技术等，其中高性能机床和工具的设计制造是影响硬齿面齿轮精加工技术应用的最重要因素。
（一）硬齿面齿轮工具技术
随着硬齿面齿轮精加工工艺的普及推广，专用加工工具也有了迅速发展，这主要表现在新型材料和刀具涂层技术的应用、超硬磨粒CBN工具制备技术的成熟、工具结构设计和工具一体化技术日趋完善等方面。滚、剃类刀具材料，普遍采用新型高速钢和硬质合金，并辅以涂层工艺。珩、磨类工具，国外普遍采用钢基体超硬磨粒（如CBN、金刚石）模具，国内采用烧结磨具。在工具结构设计过程中，应用CAD技术、有限元分析技术等模拟仿真硬齿面齿轮精加工过程，实现刀具结构的优化设计。在工具集成技术方面，将粗加工、精加工工具一体化，通过一次装夹完，成两个或更多工序加工。如，粗磨、精磨集成刀具，倒棱、精滚集成刀具，倒棱、硬剃集成刀具，粗珩、精珩集成工具以及粗磨、精磨、粗珩、精珩四位一体化工具技术等。工具集成技术的应用大大提高了精加工效率，降低了生产成本，推动了硬齿面齿轮精加工技术的发展和应用。
（二）硬齿面剃齿和硬齿面精滚
在传统的硬齿面齿轮制作过程中，若采用滚齿、剃齿、热处理或精滚、热处理工序，刀具必须根据齿轮工件的热处理变形进行预修形。而对于不同模数、不同材质、不同热处理过程的齿轮工件，其变形结果差异较大，刀具修形繁琐，通用性差。针对这一问题，日本、德国、美国等国家对淬火后齿轮（加工余量0.02至0.03mm，硬度为HRC48-53）进行硬齿面剃齿和硬齿面精滚，刀具采用新型硬质合金材料和高速钢材料结合涂层技术制备，加工后齿轮工件精度可达DIN 6至7级。硬齿面剃齿和硬齿面精滚，所用工具必须满足一定要求：硬质合金刀具应具有高的结合强度和抗弯性能、高的耐磨性和高温红硬性；刀具变钝刃磨后便于二次涂层，并能保证原有的精度；加工过程中切屑脱落顺畅。
二、我国硬齿面齿轮加工技术的发展方向分析
（一）硬齿面齿轮磨齿、珩齿、研齿机理及工艺的发展方向
特别是开展珩齿（外珩齿、内珩齿和蜗杆形齿）理论研究，探索珩齿加工过程中接触点、接触线运用参数分布规律，研究复杂运动机制下，齿面工件材料瞬态应力应变、应变率的动态行为变化规律，揭示硬齿面齿轮珩齿过程中材料去除的科学本质，为发展硬齿面齿轮加工技术和装备提供理论基础。常规工艺可采用滚（插）-剃-热-珩，齿面粗糙度可从Ra0.63um减小到Ra0.16um以下，提高齿轮的承载能力，降低噪音，延长齿轮寿命。
（二）开发适应功能复合型一体化齿轮加工机床、新型砂轮及加工智能化技术
对工具的几何参数、用砂轮表面的磨粒分布状态进行研究，建立针对不同材料的硬齿面齿轮精加工工具的数据库、工具和工件检测系统，以及硬齿面齿轮加工智能化技术。
（三）积极开发绿色加工技术
包括冷却润滑技术、工具再利用技术和机床再制造技术等。由于环保的需要，在冷却润滑技术方面，要大力开发干式（绿色）冷却润滑技术，风冷式、液氮冷却式硬齿面齿轮高速精加工技术；在工具制造技术方面，要考虑磨粒的最大利用率，基体可回收技术等。针对超硬磨粒（CBN和金刚石）工具，发展工具基体的退镀技术、未损耗磨粒的回收技术、损耗磨粒的二次利用技术等。对于硬齿面齿轮切削类工具（硬剃齿刀、硬齿面齿轮滚齿刀、齿轮倒棱、硬齿面插齿刀）发展超细硬质合金粉末冶金技术、二次刃磨技术、刀具材料重复涂层技术等。
（四）研究新型的硬齿面齿轮加工用工具制备技术
如超硬磨粒高温钎焊技术、激光钎焊技术、绿色电镀技术、单层磨粒高温陶瓷烧结技术等。
（五）磨齿珩齿机床技术
采用高速电主轴及高速、高效和高精度的直线进给驱动技术、磨珩工位集成技术、刀具自动修行技术、工件自动检测及装夹技术等。
磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，目前，渐开线齿轮的磨削方法主要有展成法和成形法两种。磨齿能加工淬硬齿轮，纠正齿轮预加工产生的各项误差，消除热处理变形，提高齿轮加工精度。当今磨齿工艺的状况一般对中小规格齿轮采用蜗杆砂轮磨，部分采用成形砂轮磨齿。对大规格齿轮一般采用成形磨齿方法。
综上所述硬齿面齿轮的精加工技术，近期发展的目标仍是高效率、高精度、高齿面硬度。发展方向有两个基本要素，一是工具方向，二是机床技术。工具技术体现在新型材料和刀具涂层技术的应用、超硬磨粒CBN工具制备技术的成熟、工具结构设计和工具一体化技术日趋完善；机床技术体现在硬齿面齿轮加工用机床向数字化、高速高效、高精度、功能复合、绿色环保方向发展。
参考文献
[1] 胡润凤.论齿轮传动噪音产生原因及降噪方法[J].山东工业技术，2014（21）.
[2] 鲍和云，朱如鹏，卜林森.星型齿轮传动动力学教学探讨[J].中国科技信息，2008（22）.
[3] 徐璞，穆临平，新柏等.硬齿面齿轮珩齿技术的进展[J].太原工业大学学报，1993（9）.
关键词：硬齿面；齿轮加工；技术要点；发展方向
硬齿面齿轮传动是现代装备制造业中传递动力和运动的一种主要形式。硬齿面齿轮的设计和制造水平直接影响到机械产品的性能，在工业发展中占有举足轻重的地位，被公认为工业化先进程度的一种标志。随着工业技术的飞速发展，要求齿轮具有高精度、高速、高承载力、高齿面硬度、良好的齿面质量、长寿命等技术指标。
一、我国硬齿面齿轮加工技术要点分析
在工业领域中，对具有高齿面质量、高传动性能齿轮数量的需求成几何级数增长。根据《中国齿轮行业“十二五”发展规划纲要》调查数据显示，我国齿轮行业年销售额超过1600亿元，平均年增长率达到25%以上，已成为世界第三大齿轮制造国。国家将高性能机床及基础装备列为重大专项之一，为装备主机提供配套服务的齿轮行业成为重点发展目标。硬齿面齿轮精加工技术关系到国家安全和尖端科技的发展，是国家的一项战略需求。齿轮的许用接触应力和许用弯曲应力都随着齿轮的强度（硬度）提高而提高，因此，随着齿轮传动参数的提高及加工制造技术的进展，国内外已普遍地采用硬齿面齿轮。硬齿面齿轮的应用不仅大大提高了齿轮的承载能力，同时还可取得良好的经济效益。硬齿面齿轮的精加工是以高效率、高质量、低成本为目标，实现材料高效去除的一种齿轮精加工技术。随着硬质合金材料、刀具涂层技术、超硬磨粒工具制备技术和齿轮精加工机床技术的发展，淬硬齿轮加工技术和齿轮加工精度有了显著的提高，高精度齿轮的加工成本大幅度降低。目前，针对淬火后硬齿面齿轮所采用的加工方法有硬齿面剃齿、硬齿面精滚（刮削）、硬齿面磨齿等。其中硬齿面剃齿、硬齿面精滚适用于齿面硬度为HRC 45-53的齿轮精加工，硬齿面磨齿适用于齿面硬度HRC45的齿轮精加工。硬齿面齿轮精加工技术主要包括材料去除机理、机床设计、工具制备技术、一体化技术等，其中高性能机床和工具的设计制造是影响硬齿面齿轮精加工技术应用的最重要因素。
（一）硬齿面齿轮工具技术
随着硬齿面齿轮精加工工艺的普及推广，专用加工工具也有了迅速发展，这主要表现在新型材料和刀具涂层技术的应用、超硬磨粒CBN工具制备技术的成熟、工具结构设计和工具一体化技术日趋完善等方面。滚、剃类刀具材料，普遍采用新型高速钢和硬质合金，并辅以涂层工艺。珩、磨类工具，国外普遍采用钢基体超硬磨粒（如CBN、金刚石）模具，国内采用烧结磨具。在工具结构设计过程中，应用CAD技术、有限元分析技术等模拟仿真硬齿面齿轮精加工过程，实现刀具结构的优化设计。在工具集成技术方面，将粗加工、精加工工具一体化，通过一次装夹完，成两个或更多工序加工。如，粗磨、精磨集成刀具，倒棱、精滚集成刀具，倒棱、硬剃集成刀具，粗珩、精珩集成工具以及粗磨、精磨、粗珩、精珩四位一体化工具技术等。工具集成技术的应用大大提高了精加工效率，降低了生产成本，推动了硬齿面齿轮精加工技术的发展和应用。
（二）硬齿面剃齿和硬齿面精滚
在传统的硬齿面齿轮制作过程中，若采用滚齿、剃齿、热处理或精滚、热处理工序，刀具必须根据齿轮工件的热处理变形进行预修形。而对于不同模数、不同材质、不同热处理过程的齿轮工件，其变形结果差异较大，刀具修形繁琐，通用性差。针对这一问题，日本、德国、美国等国家对淬火后齿轮（加工余量0.02至0.03mm，硬度为HRC48-53）进行硬齿面剃齿和硬齿面精滚，刀具采用新型硬质合金材料和高速钢材料结合涂层技术制备，加工后齿轮工件精度可达DIN 6至7级。硬齿面剃齿和硬齿面精滚，所用工具必须满足一定要求：硬质合金刀具应具有高的结合强度和抗弯性能、高的耐磨性和高温红硬性；刀具变钝刃磨后便于二次涂层，并能保证原有的精度；加工过程中切屑脱落顺畅。
二、我国硬齿面齿轮加工技术的发展方向分析
（一）硬齿面齿轮磨齿、珩齿、研齿机理及工艺的发展方向
特别是开展珩齿（外珩齿、内珩齿和蜗杆形齿）理论研究，探索珩齿加工过程中接触点、接触线运用参数分布规律，研究复杂运动机制下，齿面工件材料瞬态应力应变、应变率的动态行为变化规律，揭示硬齿面齿轮珩齿过程中材料去除的科学本质，为发展硬齿面齿轮加工技术和装备提供理论基础。常规工艺可采用滚（插）-剃-热-珩，齿面粗糙度可从Ra0.63um减小到Ra0.16um以下，提高齿轮的承载能力，降低噪音，延长齿轮寿命。
（二）开发适应功能复合型一体化齿轮加工机床、新型砂轮及加工智能化技术
对工具的几何参数、用砂轮表面的磨粒分布状态进行研究，建立针对不同材料的硬齿面齿轮精加工工具的数据库、工具和工件检测系统，以及硬齿面齿轮加工智能化技术。
（三）积极开发绿色加工技术
包括冷却润滑技术、工具再利用技术和机床再制造技术等。由于环保的需要，在冷却润滑技术方面，要大力开发干式（绿色）冷却润滑技术，风冷式、液氮冷却式硬齿面齿轮高速精加工技术；在工具制造技术方面，要考虑磨粒的最大利用率，基体可回收技术等。针对超硬磨粒（CBN和金刚石）工具，发展工具基体的退镀技术、未损耗磨粒的回收技术、损耗磨粒的二次利用技术等。对于硬齿面齿轮切削类工具（硬剃齿刀、硬齿面齿轮滚齿刀、齿轮倒棱、硬齿面插齿刀）发展超细硬质合金粉末冶金技术、二次刃磨技术、刀具材料重复涂层技术等。
（四）研究新型的硬齿面齿轮加工用工具制备技术
如超硬磨粒高温钎焊技术、激光钎焊技术、绿色电镀技术、单层磨粒高温陶瓷烧结技术等。
（五）磨齿珩齿机床技术
采用高速电主轴及高速、高效和高精度的直线进给驱动技术、磨珩工位集成技术、刀具自动修行技术、工件自动检测及装夹技术等。
磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，目前，渐开线齿轮的磨削方法主要有展成法和成形法两种。磨齿能加工淬硬齿轮，纠正齿轮预加工产生的各项误差，消除热处理变形，提高齿轮加工精度。当今磨齿工艺的状况一般对中小规格齿轮采用蜗杆砂轮磨，部分采用成形砂轮磨齿。对大规格齿轮一般采用成形磨齿方法。
综上所述硬齿面齿轮的精加工技术，近期发展的目标仍是高效率、高精度、高齿面硬度。发展方向有两个基本要素，一是工具方向，二是机床技术。工具技术体现在新型材料和刀具涂层技术的应用、超硬磨粒CBN工具制备技术的成熟、工具结构设计和工具一体化技术日趋完善；机床技术体现在硬齿面齿轮加工用机床向数字化、高速高效、高精度、功能复合、绿色环保方向发展。
参考文献
[1] 胡润凤.论齿轮传动噪音产生原因及降噪方法[J].山东工业技术，2014（21）.
[2] 鲍和云，朱如鹏，卜林森.星型齿轮传动动力学教学探讨[J].中国科技信息，2008（22）.
[3] 徐璞，穆临平，新柏等.硬齿面齿轮珩齿技术的进展[J].太原工业大学学报，1993（9）.