齿轮制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造由多个单个组件构成的端面齿轮的方法。
【背景技术】
[0002]传动结构的基本目的在于，在预期的转数时实现尽可能高的转矩传递。在此，一方面必须实现各个传动组件的取决于应用的安全性。另一方面必须能够经济地制造该结构。在此，关键组件是咬合的组件，如内齿轮，行星齿轮，太阳轮，小齿轮轴和正齿轮，其中后者由于其直径和重量的原因在其齿部的框架下被最大程度地充分利用。为此目的所有情况下都必需的是，以较小的误差概率和较高的纯净度由高价值的齿轮钢来制造圆柱齿轮。
[0003]为了实现必要的边缘强度和根部强度，在多数情况下必须至少对齿轮的咬合的区域进行硬化。齿的最大的边缘强度和根部强度通过所谓的表面硬化实现，其加工步骤包括渗碳，硬化和退火。在这种类型的现有技术中仅仅利用这样的表面硬化实现了最高的特定功率密度和安全性，如其尤其会在高负载的、此外缓慢运行的大型传动齿轮所要求的那样。
[0004]已知的是，较小的齿轮以及大型传动齿轮，也就是具有600mm和更大的外直径的齿轮由一体的毛坯制造。这样的齿轮的制造技术上的流程划分成三个主要加工阶段和以及接下来的质量检验过程。这些加工阶段是软加工，淬火和硬加工。其又被再次划分成相应的子加工步骤。
[0005]在软加工时，在棒材的情况中首先在第一步骤中切短原材料部件。接下来该原材料部件被预车削并且钻孔，从而获得环形的构造。
[0006]在预先做成的圆孔盘的情况中，其尤其在较大的直径的情况下是成本经济地有意义的，同样要求首先进行预车削和钻孔。在此其表现为，通过预先制造出的中心孔已经在经济上表现出材料节省。
[0007]接下来，在两种可能的原材料设计中制造出齿部，例如通过铣齿或者类似的方法。最后实现对齿部去毛刺。
[0008]在硬化车间中，在表面硬化的情况中，在第一步骤中遮盖部件的无需咬合的区域。接下来实现对部件的渗碳，其中部件边缘涂层以碳材料积聚。接下来部件被硬化，例如通过在液态的或者气态的淬火介质中对部件进行淬火，由此实现了具有高的表面硬度和硬度的部件。在另外的步骤中实现了对部件的退火，其中硬度又略微被降低，但是也进一步降低了不利的内应力。部件核心相反保持在韧性调质的状态。在表面硬化时要注意，在部件的硬化期间必须被遮盖的整个部件表面是能够被触及的。覆盖所有接下来应该被进一步加工处理的面，例如像轴座、槽、短齿部、钻孔、螺纹，当其还没有实施时。在硬化炉中的批处理在考虑到热转移和通过组件的自重造成的弯曲的情况下实现。为了进行退火也同样要考虑这些规定。淬火剂应该能够无阻碍地环绕部件流动，因此要避免底切部和空腔。此外，底切部和尤其是空腔具有穿流孔，其然而会导致不均匀的淬火，即使在尤其避免空气的影响时。
[0009]在接下来的步骤中，部件通常通过清洁射流来清洗。该清洁射流要能够直接达到所涉及的面上。空腔会相应地不能被清洁。颗粒应当能够从部件空腔中去除。
[0010]在接下来的硬加工时实现在硬化的状态中的机械加工。因此，部件能够在第一步骤中硬车削并且在接下来被使用。此后实现对齿部的打磨加工。
[0011]为了执行在软加工和硬加工的范畴中车削、铣削和打磨加工，部件必须容纳在相应的机床中。为此使用张力板，扩管芯棒或者芯轴。此外存在使用零张力板的可能性。在内加工期间，在外表面上夹紧，其中在夹紧之前通常将定向面安装到顶圆面上。侧面具有用于夹紧的首选侧。原则上应考虑预设的夹紧面和夹紧件、工具磨损和工具倾斜度。在给定的容差的情况中要考虑该加工是否必须在一个夹紧过程内或者在多个夹紧过程内实现。
[0012]在执行硬处理之后对如此制造的部件进行检验，测量和去毛刺。
[0013]在质量检验的范畴中，取决于待检验的参数使用不同的方法。因此齿轮能够例如经受裂纹检验，表面硬度检验，烧损研磨检验或者类似。
[0014]烧损研磨检验用于对硬加工的部件的损坏进行检验，该损坏通过硬化的齿部的磨损产生。在磨损时，其在不利的过程引导的情况中出现磨损区域的局部过热，由此引起新的硬化区域或者退火过程，其会导致齿轮迟些时候的失效。常见的烧损研磨检验在使用硝酸腐蚀工艺的情况下执行。在这样的硝酸腐蚀时齿轮被完全浸入到硝酸池中，这导致接合部的表面松脱或者腐蚀。该酸侵蚀取决于晶粒取向和接合部的微结构而不同程度地实现，由此在合适的过程引导中利用眼睛能够识别到接合部的可见的深浅程度，这表示出在重新硬化或者降低表面硬化的情况中与按照规定硬化的结构的不同。酸溶液必须在硝酸腐蚀之后再次从部件上去除，从而避免不利的影响，如例如通过氢气诱导的应力裂纹腐蚀造成的部件的损坏，通过腐蚀产物或者通过难以去除的盐或者甚至通过酸转结由于在清洁池中没有滴完而导致的传动装置油的污染等等，对此仅仅提及若干实例。
[0015]齿轮的一体构造的缺点在于，随着齿轮逐渐变小的外直径，其在材料要求和制造重量方面是非常不利的。作为重量问题的解决方案已知的是，大型齿轮被卷边地(eingesickt)设计。换句话说，在车削加工的范畴中从轮侧面去除材料。然而由此对制造成本产生不利的影响，因为为了进行卷边需要另外的加工力量并且该材料已经在原材料采购中产生费用。
[0016]另外的问题在表面硬化时随着齿轮的增大的外直径出现。在该过程中，很多能量被引入到部件中，这在淬火工艺中会导致严重的部件弯曲。该部件弯曲不仅之前通过复杂的结构性措施而且之后还要通过相应的材料去除来补偿。为了改善硬化或者淬火工艺，例如已知的是，这在部件中引入空洞，其应该确保部件均匀地由淬火介质冲洗，从而在其冷却期间实现组件的更好温度曲线并进而实现最小的弯曲。对于后续的材料去除来说，部件必须设计具有相应的加工余量，从而能够在额定尺寸上实现后续的材料去除。该后续的材料去除然而必须在组件的硬化的状态下实现，这导致提高的成本和相应的不经济性。
[0017]尽管该昂贵的和复杂的应对措施，然而在实践中该部件也很难在狭窄的区域受控地得到控制。结果是，以之前描述的方法制造的尤其是一体设计的大型齿轮在材料成本和制造成本并且在总体上仅仅有条件地在经济上做出妥协。
[0018]作为之前描述的类型的一体设计的齿轮的替代方案，公开了一种混合型齿轮，其由多个组件组成，也就是至少由毂、布置在毂上的齿轮体和在齿轮体的外边缘上布置的齿环组成。这样的混合型齿轮必须在相同的安全性的情况中在其功率转换上是能进行参照的。其必须能够经济地制造并且具有同样高品质的生产配额。
[0019]在现有技术中已经公开了这样的混合型齿轮的极不同的设计方案，其首先通过类型来区分，单个组件彼此如何固定，以及通过单个组件的设计来区分。
[0020]单个组件的彼此固定可以机械地实现，因此齿环可以例如与轮体旋拧在一起。可替换的是，将齿环热缩在轮体上也是已知的，其中齿环相对于轮体经常通过相应的形状配合保险装置防止相对运动。
[0021]可替换的是，单个组件也能通过焊接彼此形状配合地连接。被焊接的齿轮除了齿部保险装置之外附加地在其接口特性上进行设计。接合接口由齿环和轮体(所谓的轮缘)，轮体和毂以及毂和轴的部件组合构成。该接合位置必须在设计规划和制造规划上一同进行考虑。此外，其制造技术上的成本和其对部件功能的影响也要被考虑。
[0022]用于混合型大型齿轮的已知的制造流程例如为毛坯件的提供，预车削，焊接，铣齿，可能还有感应硬化，齿部打磨和接下来的质量保证。
[0023]焊接工序在大型齿轮的情况中至今位置毫无例外地通过MSG焊接(金属惰性气体保护焊接)，电极焊接或者埋弧焊接实现-所有的方法都具有熔接的电极和相对高的拉伸能量并进而对连接和基础材料的冶金特性产生强烈影响。这些焊接工艺一定会在钢构造结构中诱导出很大的内应力。基于该背景，对于本领域技术人员来说常常在焊接工序之后为了瓦解应力而执行减应力退火，从而阻止了另外的加工步骤也许将该应力释放导致变形，例如在车削卷边时，在非对称地降低壁厚时或者类似情况。这种制造伴随的变形是已知的并且导致焊接结构的废弃。相应地，被焊接的大型传动装置齿轮的高精度的尺寸加工仅仅能够在还行减应力退火之后才能实现。
[0024]被焊接的部件的硬化至少在大型传动装置齿轮的情况中通过感应硬化实现。该方法具有优点，即仅仅局部地将相对较小的热能引入到部件中，由