齿轮加工工艺与润滑技术的发展与应用

齿轮传动作为近代机器中最为常见的机械传动方式，堪称机械产品的重要基础零部件。相较于链传动、带传动、液压传动等其他机械传动形式，齿轮传动凭借其功率范围大、传动效率高、传动准确、使用寿命长等诸多优势脱颖而出，成为众多机械产品不可或缺的核心传动部件，亦是机器中所占比重最大的传动形式。齿轮在工业发展进程中始终占据着极为重要的地位，被广泛视为工业化进程的重要象征。从这一角度而言，深入关注齿轮的先进加工技术及其发展趋势，无疑具有极其深远且重大的意义。

一、齿轮加工技术的新发展

通常而言，齿轮制造工艺流程涵盖了材料制备、齿坯加工、切齿、齿面热处理以及齿面精加工这五个关键阶段。其中，齿形加工以及热处理后的精加工环节，堪称齿轮制造的重中之重，它们直接反映了齿轮制造的整体水平。在当今世界，各国主要从齿轮加工工艺和加工设备的发展这两个维度入手，持续不断地推动齿轮制造水平的提升。

二、硬齿面滚齿技术

在传统的加工模式下，齿轮的硬齿面加工往往需要借助齿面磨削工艺来完成。然而，磨齿加工不仅效率低下，加工成本也居高不下，尤其是对于那些大直径、大模数的齿轮而言，加工难度更是呈几何倍数增长。相比之下，采用硬齿面刮削技术，对于淬硬齿轮（硬度范围在40～65HRC）进行半精加工和精加工，却能取得极为显著的成效。

硬齿面滚齿技术，也被称为刮削齿加工。该技术运用一种特殊的硬质合金滚刀，针对经过渗碳淬火处理、齿面硬度达到HRC58-62的齿轮齿面进行刮削作业，其刮削精度能够达到7级水平。该方法可适用于任意螺旋角、模数在1～40mm范围内的齿轮加工。对于普通精度（6～7级）的硬齿面齿轮，一般采用“滚—热处理—刮削”的工艺流程，粗加工与精加工均可在同一台滚齿机上完成。若齿轮的齿面粗糙度要求较高，则可在刮削工序之后安排珩齿加工；而对于高精度齿轮，则采用“滚—热处理—刮削—磨”的工艺路径，以刮削作为半精加工工序，替代传统的粗磨工序，切除齿轮在热处理过程中产生的变形，留下少量且均匀的余量用于后续的精磨工序。通过这种方式，可节省1/2～5/6的磨削工时，经济效益极为显著。对于大模数、大直径、大宽度的淬硬齿轮，由于缺乏相应的大型磨齿机，通常只能采用刮削加工。

在采用硬齿面滚齿技术进行齿轮加工的过程中，温度控制是极为关键的一环。一旦温度过高，刀具磨损速度将大幅加快，且极易出现崩刀现象。因此，必须借助金属加工液来进行冷却，同时将刀具与工件上的切屑冲走，从而延长刀具的使用寿命，并降低工件表面的加工粗糙度。通常情况下，会选择专用的油基切削液作为冷却润滑介质，例如KR-C20滚齿插齿油。通过合理控制其粘度，并采用性能优异且环保的极压抗磨剂，能够充分满足工艺过程中冷却、清洗以及润滑等多方面的要求。

三、干切削技术

干式切削加工，即无润滑切削加工，是指在没有任何冷却、润滑油剂辅助的情况下，采用极高的切削速度进行切削加工的一种工艺。为了实现高速干式切削，必须精心选择合适的切削条件。首先，要采用极高的切削速度，尽可能缩短刀具与工件之间的接触时间，再利用压缩空气或其他类似的方法将切屑移除，以此来有效控制工作区域的温度。实践证明，当切削参数设置得当，切削过程中产生的热量有80%可被切屑带走。为进一步延长刀具的使用寿命、提升工件的质量，在齿轮干式切削过程中，可每小时使用10～1000ml润滑油进行微量润滑。采用这种方法产生的切屑仍可视为干切屑，工件的精度、表面质量以及内应力均不会受到微量润滑油的负面影响，同时还能借助自动控制设备对整个加工过程进行实时监测。

四、齿轮的无屑加工

与滚齿、插齿、剃齿和磨齿等传统的齿轮齿形成形方式截然不同，齿轮的无屑加工方法是借助金属的塑性变形或粉末烧结，使齿轮的齿形部分最终成形或显著提升齿面质量。该方法主要分为两大类：一类是在常温下对工件进行加工的冷态成形，另一类则是将工件加热至1000℃左右进行加工的热态成形。前者涵盖了冷轧、冷锻等工艺，后者则包括热轧、精密模锻、粉末冶金等工艺。通过这些无屑加工方法，材料利用率可从传统切削加工的40～50％大幅提升至80～95％以上，生产效率也实现了成倍增长。然而，由于受到模具强度的限制，目前这些无屑加工方法一般只能用于加工模数较小的齿轮或其他带齿零件。对于精度要求较高的齿轮，在采用无屑加工完成成形后，仍需借助切削加工来进行最后的齿形精整工序。