齒輪鍛件制造工藝涉及 材料選擇、鍛造成形、熱處理、機加工及檢測 等多個關鍵環節，需嚴格控制各階段工藝參數以確保齒輪的力學性能和精度。以下是詳細工藝流程及技術要點：

1. 材料選擇與下料

(1) 常用材料

滲碳鋼：20CrMnTi、20CrNiMo（表面高硬度、芯部韌性，適用于重載齒輪）。

調質鋼：42CrMo、35CrMo（高強度，適用于大模數齒輪）。

不銹鋼：17-4PH（耐腐蝕齒輪）。

材料標準：符合GB/T 3077、ASTM A322等，要求 鍛造比≥4:1。

(2) 下料方式

鋸切：圓鋼鋸床下料，端面平整（公差±1mm）。

精密剪切：高效但需控制毛刺，適用于批量生產。

坯料加熱：預熱至1100-1200℃（視材料而定），避免過熱脫碳。

2. 鍛件鍛造成形工藝

(1) 預鍛與終鍛

預鍛：初步成形齒坯，控制金屬流動（減少終鍛載荷）。

終鍛：精密成形齒廓，采用 閉式模鍛（飛邊≤2mm）或 徑向鍛造（適用于大型齒圈）。

關鍵參數：

鍛造溫度：20CrMnTi（始鍛1150℃，終鍛850℃）。

壓力：800-1000MPa（取決于齒輪尺寸）。

(2) 模具設計要點

分模面：優先選擇齒頂平面或端面，避免齒形飛邊。

拔模斜度：3°-5°（內孔斜度需加大）。

模具材料：H13熱作模具鋼（硬度HRC48-52），表面氮化處理。

(3) 冷卻控制

空冷：低合金鋼（如42CrMo）可空冷。

控冷：高合金鋼需緩冷（埋砂或爐冷）以防裂紋。

3. 熱處理工藝

(1) 預備熱處理

正火：細化晶粒（加熱至Ac3以上30-50℃，空冷）。

退火：消除鍛造應力（如球化退火用于高碳鋼）。

(2) 最終熱處理

滲碳淬火（20CrMnTi）：

滲碳溫度：920-930℃，深度1.2-1.5mm。

淬火：830-850℃油淬，低溫回火（180-200℃）。

感應淬火（42CrMo）：

高頻加熱（900-1000℃），水冷或聚合物淬火。

硬度要求：齒面HRC58-62，芯部HRC30-40。

4. 機械加工流程

(1) 粗加工

車削：加工基準面（內孔、端面），留余量1-2mm。

銑齒：滾齒或插齒（留磨量0.3-0.5mm）。

(2) 精加工

磨齒：采用 成形磨齒 或 蝸桿砂輪磨齒（精度達GB/T 10095 4級）。

珩齒：提高表面粗糙度（Ra≤0.8μm）。

(3) 關鍵設備

滾齒機：Y3150E、Gleason PHOENIX。

磨齒機：KAPP NILES、Reishauer RZ300。

5. 檢測與質量控制

(1) 尺寸檢測

三坐標測量機（CMM）：檢測齒形、齒向誤差。

齒輪綜合測量儀：評估齒距累積誤差（Fp≤0.05mm）。

(2) 無損檢測

超聲波檢測（UT）：檢查齒根裂紋（缺陷≤Φ1.6mm）。

磁粉檢測（MT）：發現表面缺陷（按JB/T 6061）。

(3) 硬度與金相

顯微硬度計：驗證滲碳層梯度。

金相分析：檢查晶粒度（5-8級合格）。

6. 常見缺陷與對策

缺陷類型原因分析解決方案

齒根裂紋 鍛造圓角不足或冷卻過快 增大圓角（R≥0.4m），控冷 

齒形畸變 熱處理應力不均 增加去應力退火，采用壓淬工藝 

硬度不足 滲碳層淺或淬火溫度低 調整滲碳時間，提高淬火冷卻速率 

折疊 預鍛金屬流動不合理 優化預鍛模具設計 

7. 工藝優化方向

近凈成形：采用精密鍛造減少加工余量（成本降低15-20%）。

數值模擬：使用Deform或QForm優化鍛造參數。

自動化生產線：機器人上下料+在線檢測（如激光掃描齒形）。

齒輪鍛件制造的核心是 “鍛造為基，熱處理定性能，精加工保精度”。需重點關注：

材料純凈度與鍛造致密性；

熱處理變形控制（如壓淬夾具設計）；

齒形精度與檢測全面性（結合齒輪檢測標準）。

適用于 風電齒輪箱、工程機械、汽車變速器 等高要求領域。