Технологический процесс изготовления зубчатых колес должен обеспечивать получение деталей, соответствующих условиям эксплуатации и требованиям точности при наименьших затратах. Основными факторами, влияющими на выбор технологического процесса, являются:

• конструкция и размеры зубчатого колеса;
• вид заготовки и материал;
• требования к точности и термической обработке колеса;
• объем производства.

Детали класса «втулка» имеют центральное отверстие, концентричное наружной цилиндрической, конической или глобоидной поверхности. В одних случаях центральное отверстие является основной базой колеса, в других — технологической базой.

В деталях класса «вал» базой в большинстве случаев являются центровые отверстия. При малой жесткости детали или при ее большой длине за базу для зубонарезания принимают основную базу в виде цилиндрической шейки под подшипники или специально создаваемую для базирования шейку.

Каждый вид зубчатых колес имеет свои технологические особенности изготовления. Вместе с тем технологические процессы обработки различных зубчатых колес, принадлежащих к тому или иному классу, могут несколько отличаться друг от друга по содержанию и последовательности выполнения ряда операций в зависимости от специализации производства. Так, например, методы изготовления зубчатых колес в авиационной промышленности существенно отличаются от методов, применяемых при производстве зубчатых колес аналогичных размеров для грузоподъемных машин. Технология производства турбинных передач существенно отличается от технологии производства таких же по размерам передач для прокатных станов и т. д.

В авиационных передачах зубчатые колеса должны при минимальных габаритах и массе передавать большие крутящие моменты, в то же время передача должна иметь высокую точность и надежность. Эти требования заставляют делать зубчатые колеса из высоколегированных сталей с применением цементации и закалки, что усложняет технологический процесс, обусловливая необходимость введения предварительного и окончательного шлифования и большего числа контрольных операций.

В автостроении, тракторостроении и станкостроении шлифованию зубьев подвергают только некоторые виды колес. Зато находят широкое применение такие процессы, как шевингование и притирка.

Зубчатые колеса общего машиностроения и подъемно-транспортных машин имеют другую специфику производства. Здесь преобладают колеса, изготовленные из улучшенных сталей, без последующей термообработки. Технологический процесс при этом упрощается, однако требования к точности зубообрабатывающих станков и инструмента не снижаются.

Технологический процесс изготовления зубчатых колес можно подразделить на два этапа:

• первый этап состоит из комплекса операций, связанных с образованием геометрической формы заготовок зубчатого колеса до нарезания зубьев;
• второй этап включает зубонарезание и все последующие процессы, связанные с отделкой зубьев или восстановлением баз относительно нарезанного зубчатого венца.

Основная специфика изготовления зубчатых колес проявляется на втором этапе; в свою очередь построение второго этапа процесса оказывает существенное влияние на порядок и содержание первого этапа.

В настоящем разделе приводится описание в основном технологии производства зубчатых колес на первом этапе (ранее уже были рассмотрены особенности обработки зубчатых поверхностей). Однако в приводимых схемах технологических процессов (примеров) соответственно указаны и зубообрабатыващие операции в той последовательности выполнения, которая вытекает из условий работы передачи (зубчатого колеса).

Материал зубчатых колес. Зубчатые колеса изготовляют из конструкционных сталей, серого чугуна, бронзы и пластмасс. В автотракторостроении зубчатые колеса изготовляют из хромомарганцевых сталей 18ХГТ, З0ХГТ, хромомолибденовой стали З0ХМ. Сталь 18ХГТ благодаря наличию титана обладает повышенной прокаливаемостью, прочностью и меньшей чувствительностью к перегреву. Эта сталь отличается высоким сопротивлением смятию. Сталь З0ХГТ содержит несколько больше углерода, чем сталь 18ХГТ, и широко применяется для сильно нагруженных зубчатых колес с модулем свыше 5 мм. Она обладает в термически обработанном состоянии высокими показателями прочности сердцевины в сечении зубьев.

Зубчатые колеса металлорежущих станков изготовляют из углеродистых сталей 45 и 50, а также из легированных хромистых сталей 40Х. Получает распространение для изготовления зубчатых колес низколегированная борсодержащая сталь 20ХГР, 25ХГР. Введение небольших количеств бора (0,002…0,005%) значительно увеличивает прокаливаемость, прочностные характеристики и вязкость. После закалки и низкого отпуска твердость стали НRС 36…40.

Зубчатые колеса, изготовленные из синтетических материалов (текстолита, нейлона, капрона и др.), могут работать при высоких скоростях (до 40…50 м/с). Колеса из синтетических материалов обеспечивают бесшумность, плавность передачи и гашение вибрации.

Заготовки для несиловых зубчатых колес малых размеров изготовляют спеканием. Применение металлокерамики сокращает расход металла и снижает трудоемкость изготовления колес.

Заготовки зубчатых колес. Для изготовления зубчатых колес необходимы заготовки, по форме и размерам приближающиеся к форме и размерам готовой детали. Качество заготовки влияет на технологический маршрут механической обработки и ее трудоемкость. Конфигурация колеса, его материал и объем выпуска предопределяют способ получения заготовки.

Заготовками для стальных зубчатых колес являются поковки и катаный пруток. Цилиндрические колеса диаметром до 50 мм и плоские колеса без ступицы диаметром до 65 мм целесообразно изготовлять из горячекатаного или холоднотянутого прутка, или из штучных заготовок, отрезанных от прутка. Прутковые заготовки поступают на токарные и револьверные станки и многошпиндельные автоматы (крупносерийное и массовое производство), где производится предварительная черновая обработка с отрезкой штучных заготовок. Цилиндрические колеса с наружным диаметром более 50 мм обычно изготовляют из поковок, получаемых штамповкой на кривошипных ковочно-штамповочных прессах, молотах, горизонтально-ковочных машинах.

Процесс штампования на кривошипных ковочно-штамповочных прессах, развивающих усилие 10…50 МП, является более совершенным, чем штамповка на молоте. На прессах можно получать заготовки, очень близкие по размерам и форме к готовой детали. При штамповке на прессе одновременно деформируется весь объем металла заготовки, который более интенсивно, чем на молоте, «течет» от центра к периферии.

Для штампованных на прессе заготовок припуски под механическую обработку устанавливают на 30…40% меньше, чем при штамповке на молоте. В заготовках, получаемых штамповкой на ковочно-штамповочных прессах, коэффициент использования металла К = 0,6…0,7.

Заготовки для зубчатых колес получают также из прутка горячей высадкой на горизонтально-ковочных машинах. Для ряда конфигураций и размеров зубчатых колес заготовки, откованные на горизонтально-ковочной машине, имеют более высокий коэффициент использования металла, чем у штампованных на кривошипных прессах. На горизонтально-ковочной машине штамповкой производят не только образование наружной формы заготовки, но и прошивание центрального отверстия, тогда как при штамповке на молоте или прессе отверстие изготовляется отдельной операцией. В заготовках, полученных на горизонтально-ковочных машинах, K = 0,65…0,75.

Откованные или отштампованные заготовки подвергают термообработке — нормализации или отжигу — для снятия остаточных напряжений и улучшения их обрабатываемости. После термообработки заготовки очищают от окалины дробеструйной обработкой или травлением с последующим промыванием в горячей воде, а затем контролируют твердость, основные размеры, качество поверхности.