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齒輪是機(jī)械設(shè)備傳動系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛數(shù)量極大的通用機(jī)械零件，在使用過程中易產(chǎn)生疲勞點蝕、膠合、斷齒等失效現(xiàn)象。齒輪表面質(zhì)量的好壞直接影響傳動部件的質(zhì)量和壽命，因此為了有效提高齒輪的承載能力，延長其使用壽命，通常采用對齒輪表面進(jìn)行強(qiáng)化處理的方法以提高齒面硬度。

齒輪激光表面強(qiáng)化是一種新型的齒輪表面強(qiáng)化技術(shù)，它可以克服傳統(tǒng)的齒輪表面強(qiáng)化工藝，如滲碳淬火、感應(yīng)淬火等的硬化層分布不均，變形大等缺點，是目前齒輪加工的前沿技術(shù)，已被用于美國核潛艇上的齒輪處理；是極有發(fā)展前景的高新技術(shù)。

一．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在1980年，美國軍事應(yīng)用技術(shù)實驗室就對齒輪的激光硬化調(diào)查結(jié)果作過一個廣播節(jié)目報道，并由芝加哥伊利諾理工學(xué)院研究所承擔(dān)了齒輪的激光硬化研究項目，之后公布了實驗結(jié)果：對激光表面硬化處理后和經(jīng)滲碳處理后的AMS（美國航空材料規(guī)范）6265正齒輪的抗膠合壽命與齒的彎曲強(qiáng)度的比較表明，激光硬化代替滲碳處理在航空器件中的AMS6265齒輪能得到顯著的經(jīng)濟(jì)效果，有效硬化深度為0.66～0.86mm，單件成本降低了37%～78%.八十年代末，美國加州機(jī)電研究所用5kW激光器對大型花鍵軸進(jìn)行激光淬火，獲得淬火硬度HRC59，深度0.762～0.864mm的淬硬層.美國軍方研究所用激光淬火潛水艇、飛機(jī)等重載大齒輪，解決常規(guī)熱處理引起齒輪變形過大及噪音問題.激光淬火的齒輪包括AH－64直升機(jī)輔助動力裝置的行星齒輪及飛機(jī)主傳動裝置的傳動齒輪.由于激光硬化后不需要研磨，故可大大降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率.

目前，國內(nèi)對齒輪激光、淬火的激光掃描方式、機(jī)理及工藝參數(shù)優(yōu)化等技術(shù)進(jìn)行的研究，均取得了一定的成果.

二．齒輪加工傳統(tǒng)工藝

（一） 傳統(tǒng)加工工藝：傳統(tǒng)主要采用滲碳工藝和高頻表面淬火工藝等工藝路線。

1.  滲碳工藝路線

采用低碳鋼材質(zhì)（如20Cr、20CrMnTi等），使工件表面具有耐磨性。該工藝具有較好的綜合性能，但由于成本高、易造成環(huán)境污染，且不方便大模數(shù)齒輪和大齒輪軸處理，目前僅在汽車、拖拉機(jī)等特定行業(yè)采用；

2.  #p#分頁標(biāo)題#e#高頻淬火工藝路線

采用中碳鋼材質(zhì)如：低檔的45#（及其代用品）、中檔的40Ｃr（及其代用品）、高檔的４２CrMo（及其代用品）等。加工后使工件具有耐磨性能。

（二）傳統(tǒng)工藝的弊病中、小型批量處理的齒輪

常規(guī)處理方法多采用高頻淬火、滲碳、氮化、碳氮共滲等工藝方法，其優(yōu)點在于硬化均勻，可批量處理，但氮化處理的硬化曾則不及激光處理的層深；缺點在于：

1） 由于長時間高溫加熱齒輪，其內(nèi)部組織有長大趨勢，內(nèi)部綜合機(jī)構(gòu)性能易變，其需配以冷卻設(shè)施，工藝較為復(fù)雜；

2） 容易使齒面產(chǎn)生較大的變形，必須進(jìn)行磨削加工，而磨削時又容易出現(xiàn)磨削裂紋；

3） 常規(guī)工藝加工處理的周期很長，能源消耗很大。

因此減小齒面的變形、縮短加工周期一直是硬齒面齒輪的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。而激光熱處理變形小、周期短、無污染，為解決齒面淬火變形提供了有效的途徑，且工藝簡單，加工速度快，淬硬層深度均勻，硬度穩(wěn)定，在齒輪的傳動嚙合過程中耐磨性強(qiáng)，其整體的綜合性能良好。

大型齒輪

常規(guī)處理方法多采用感應(yīng)淬火或火焰淬火，優(yōu)點在于淬硬層深，但由于熱源不穩(wěn)定，易產(chǎn)生過熱、過燒現(xiàn)象，使齒面組織不均勻、硬度不穩(wěn)定；而激光處理此類齒輪，以其穩(wěn)定的熱源、快熱、急冷的淬火等特點，使齒面組織細(xì)小、硬度均勻。

二．激光表面工程技術(shù)處理齒輪工藝及特點

１．用激光表面處理技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝對齒輪的處理，具有工藝穩(wěn)定、提高齒輪質(zhì)量而不提高成本的優(yōu)點。激光在齒輪上的應(yīng)用工藝有：#p#分頁標(biāo)題#e#激光表面淬火、激光表面合金化。

例如激光表面淬火可以只對齒面淬火，齒根保留原調(diào)質(zhì)處理的性能。而且光斑數(shù)控調(diào)節(jié)，靈活可控，使整個齒面性能均一。

２．工藝特點：

1)     激光淬火適用于各種高碳、中碳或合金鋼齒輪；

2)     加熱快、變形小，可對零件局部進(jìn)行硬化，可避免整體加熱產(chǎn)生的變形。

3)     淬硬層硬度比常規(guī)熱處理（感應(yīng)加熱）高10-20%，一般用45#、40Cr鋼硬化在HRC58-65左右，分布均勻，硬化層深度可以控制在0.4~0.8mm的范圍，適合齒輪承載傳動的強(qiáng)度要求。

4)     一般激光淬火后僅需拋光或精磨處理，無需回火及其他后續(xù)加工；

5)     實驗證明激光技術(shù)處理后的齒輪耐磨性、抗斷齒性、耐腐蝕性較高；

6)     激光淬火還可以解決傘形齒、斜齒、錐齒、蝸桿等非直齒在常規(guī)（感應(yīng)加熱）淬火難以處理的問題。

總體來講，激光表面工程技術(shù)處理的齒面，其綜合機(jī)械性能很好，不但有較高的硬度，而且有良好的韌性配合，這一特點是由激光淬火的冷卻特性所決定的。#p#分頁標(biāo)題#e#

三．激光表面工程技術(shù)在齒輪中的應(yīng)用實例

利用激光表面工程技術(shù)對齒輪進(jìn)行處理，已廣泛地應(yīng)用于冶金及非冶金行業(yè)的工礦企業(yè)，并取得了顯著的效果（參見附件一）。

天津環(huán)通公司激光技術(shù)有限公司，在利用激光技術(shù)對齒輪齒面進(jìn)行處理后，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

由此可見，激光表面加工技術(shù)應(yīng)用于齒輪處理，市場廣闊、前景樂觀，必將帶動激光工藝處理齒輪的新趨勢。