齿轮型腔的加工工艺

(1)电火花成型加工工艺

适用范围

电火花精密成型加工是齿轮型腔最重要的加工工艺，可适应于直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗杆和蜗轮等型腔的成型加工。采用这种工艺加工斜齿轮、蜗杆型腔时，必须具备以下两个条件：一是选择带C轴的四轴联动精度电火花加工机床；二是制作经过精心设计制造的电极。下面简要介绍齿轮、蜗杆电极的设计制造的有关注意事项

电极齿形参数设计

电极齿形参数设计是在齿轮型腔参数的基础上，综合考虑电火花机床的粗、中、精加工的放电参数和摇动量进行的。对于加工蜗杆型腔的电极，采用轴向摇动设计，可提高加工效率、降低电极损耗和型腔牙面粗糙度

电极材料选用

一般选用紫铜制造。蜗杆型腔螺纹牙面粗糙度要求高的电极可选用铜钨或银钨合金制造

电极齿形加工工艺

(1)齿轮、斜齿轮和蜗轮电极普遍采用专用滚刀滚切加工。由于紫铜或铜钨合金电极在滚切时对滚刀刀刃的磨耗大，可采用硬质合金滚刀。国标6级精度以上的电极，要求采用AA级精度以上的滚刀

(2)蜗杆电极可采用精密螺纹车床或螺纹磨床加工。ZA、ZN蜗杆电极可采用车削工艺加工；ZI蜗杆电极应采用磨削工艺加工。在电极加工时，除蜗杆牙形符合要求外，还要注意保证各段螺纹与电极夹持部及校准部的同轴度要求；保证粗、中、精三段之间的螺纹牙距累积误差要求，保证电加工时，电极各段螺纹能畅通无阻地旋入型腔

(3)锥齿轮电极可按事先通过Pro/E或UG设计好的电极3D模型编程，通过三轴联动高速铣加工中心，采用TiN涂层的硬质合金小半径球头型立铣刀进行高速铣削成型加工成型

(2)电火花线切割加工工艺

原理

慢走丝电火花线切割是齿轮型腔成型加工的又一重要加工工艺。任何齿廓的直齿齿轮型腔均可采用这种成型工艺加工，其原理是采用一根通电的金属丝按事先编制的程序进行切割加工

示例

以某厂在北京阿奇慢走丝线切割机加工齿轮型腔为例说明如下：先由模具设计员与工艺员对产品齿形参数进行适当的调整、并根据材料和齿轮类型确定收缩率(ε)，后经程序员将齿轮的主要齿形参数(m、z、α、D_a、D_f、k、Wk、ρ_a和ρ_f等)输入编程系统，即可绘制出*.dxf齿轮齿廓图形；随后对切入路线、切割方向和切割次数进行设定，并将齿廓图按(1+ε)∶1的比例进行放大。随后即可将已完成的*.dxf转换为*.geo执行文件，提供给线切割机床进行型腔切割加工

另一种更直接的方式是由设计员根据修正后的齿形参数，精确绘制出(1+ε)∶1比例的CAD齿廓图，并将*.dwg转换为编程系统可识别的*.dxf文件提供给程序员。随后程序员对切入路线、切割方向和切割次数进行设定，并将*.dxf文件转换为机床可识别的*.geo执行文件，不再需输入型腔齿形参数。在型腔正式切割之前，操作工只需通过机床CNC系统根据切割丝的线径、火花间隙及其预留余量，设置其补偿量的大小。线切割加工齿轮型腔，一般分4次安排粗、中、精和微精切割加工。给各次切割加工的预留余量为：第1次为0.05mm、第2次为0.015mm、第3次为0.005mm、第4次为微精切割加工。型腔齿廓表面粗糙度可达R_a≤0.4μm

应用

采用慢走丝线切割给齿轮型腔成型加工提供了一种快捷方便、高效精确的工艺，在模具制造中得到广泛的应用，也给塑料齿轮轮系设计与制造带来了更大的自由度。但这种线切割工艺，只能用来加工直齿轮型腔，并不适应斜齿轮型腔。只有当与蜗杆配对啮合的螺旋角较小的斜齿轮型腔，方可采用这种线切割工艺加工

(3)电铸成型工艺

型腔的电铸成型是所有各种加工方法中成型精度最好的一种。这是一种与电镀工艺相似的传统制模成型工艺，这种工艺需要有一件经过精心设计与加工的，齿形参数与型腔完全相同的，采用耐腐蚀不导电材料制造的母模，母模可采用有机玻璃制造。电铸之前，有机玻璃母模电铸表面要进行金属化处理，即在母模牙面上喷上一层很薄的导电金属膜。电铸时，将母模置于镀液槽中作为负极，镍板为正极，使镍离子源源不断地沉积到母模牙面上。电铸速度约为0.03~0.06mm/h，经过大约十天以上时间，才能使镀层达到型腔所需的厚度

蜗杆型腔的电铸成型母模及其铸成品示意图

由于一次电铸成形的蜗杆型腔坯件可切割成多件，因此电铸型腔的制造成本并不高。由于电镍铸型腔表层硬度可达42HRC左右，并具有成型精度高以及表面粗糙度小等特点，因此在某些发达国家中，至今仍被广泛采用

电铸蜗杆、斜齿轮型腔轮齿“沉积缝”示意图

电铸成形的齿轮和蜗杆型腔有一种如图所示的缺陷：在每颗电铸成形的轮齿体内沿齿向都会出现一道“沉积缝”。这种“沉积缝”对齿轮型腔轮齿的影响不大，但对蜗杆或螺纹型腔，由于“沉积缝”正好出现在型腔螺纹的不完整牙附近，将削弱不完整牙的强度，降低型腔的使用寿命。因此，对于大批量注塑生产用型腔不宜采用。有关这类“沉积缝”的形成过程本节从略