天然气处理与加工工艺总结（精选6篇）
1．天然气的分类:
（1）按产状分类，游离气和溶解气
（2）按经济价值分类，常规天然气和非常规天然气
（3）按来源分类，与油有关的气，与煤有关的气，天然沼气，深源气，化合物气
（4）按组成分类，a，以天然气中烃类组成:干气，湿气，贫气，富气.b,以天然气中硫化氢、二氧化硫含量分类：净气，酸气。
（5）我国习惯分法，伴生气，气藏气和凝析气
2．天然气的主要产品：液化天然气，液化石油气，天然气凝液，天然气油，压缩天然气
3.冷却脱水的方法：直接冷却法，加压冷却法，膨胀制冷冷却法，机械制冷冷却法
天然气脱水的方法：冷却法，吸收法和吸附法
4.常用的脱水吸附剂：活性铝土、活性氧化铝、硅胶和分子筛
5.固体吸附剂的吸附容量与被吸附气体的特性和分压，固体吸附剂的特性，比表面积和空隙
率以及吸附温度等有关。
6.天然气液回收方法：吸附法、油吸收法、冷凝分离法。
目的:生产管输气、满足商品气的质量要求、最大程度的回收天然气液。
7.尾气处理方法：从类型上可分为干法、湿法和直接灼烧法三类。除灼烧法外，按其基本原
理又可分为延续反应法、H2S回收法和SO2回收法三类。SO2回收率不可能超过100%。
8.吸附剂/催化剂需要再生：Sulfreen法
还原---吸收法：SCOT法
氧化---吸收法：Wellman-Lord
二.选择
1.天然气的主要成分是甲烷，此外还有乙烷，丙烷，丁烷，戊烷及己烷以上的烃类
2.天然气处理与加工含义：
（1）天然气加工是指从天然气中分离，回收某些组分，使之成为产品的那些工艺过程
（2）天然气处理是指使天然气符合商品质量和管道运输要求所采取的工艺过程
3.烃露点：在一定压力下，天然气中烃类开始冷凝的温度
水露点：在一定压力下，天然气中水蒸气开始冷凝的温度
4.华白指数：是代表燃气特性的一个参数，是燃气互换性的一个判定指数
5.预测天然气水含量的方法：图解法和状态方程法
6.引起水合物形成的主要条件：（1）天然气的温度等于或低于露点温度，有液态水存在（2）
在一定压力和气体组成下，天然气温度低于水合物形成的温度（3）压力增加，形成水合物的温度相应增加
7.水合物形成的条件预测：相对密度法、平衡常数法、Baillie和Wichert法、分子热力学模
型法、实验法
8.天然气水合物的结构：体心立方晶体结构、金刚石型结构、结构H型水合物
在形成水合物的气体混合物体系中，可能出现平衡共存的相有气相，冰相，富水液相，富
烃液相和固态水合物相
9.吸附负荷曲线（吸附波）：在吸附床层中，吸附质沿不同床层高度的浓度变化曲线，称为
吸附曲线
10.复合固体吸附剂的特点：
（1）既可以减少投资，又可以保证干气露点
（2）活性氧化铝可以作为分子筛的保护层
（3）活性氧化铝再生时能耗比分子筛低
（4）活性氧化铝的价格较低
三.判断
1.破点：床层出口气体中水的浓度刚刚开始发生变化的点，为破点
2.透过（穿透）曲线：从破点到整个床层达到饱和时，床层出口端流体中吸附质的浓度随时间的变化曲线
3.吸附剂平衡吸附量：当床层达到饱和时，吸附剂的吸附量
4.动态（有效）吸附（湿容）量：吸附过程达到破点时，吸附剂的吸附量
5.天然气绝对含水量：每标准立方米天然气的实际含水量
6.天然气饱和含水量：在一定温度压力下，天然气与液态水达到平衡时气体的绝对含水量
7.天然气的相对湿度：天然气中实际含水量与饱和含水量之比
8.天然气的水露点：在一定压力下，天然气中的水蒸汽开始冷凝的温度
9.甘醇在使用过程中将会受到的污染：氧气串气系统、降解、PH值降低、盐污染、液烃、淤渣、起泡
10.吸附法脱水是指气体采用固体吸附剂脱水，固也称为固体吸附剂脱水
11.物理吸附是由液体中吸附质分子与固体吸附剂表面之间的范德华力引起的12.化学吸附是吸附质与固体吸附剂表面的未饱和化学键力作用的结果
13.分子筛类型为A型X型和Y型
14.固体吸附剂工艺参数的选择：吸附周期、湿气进干燥器温度、再生加热与冷却温度、加热与冷却时间分配
15.吸附剂床层由吸附饱和区、吸附传质区和未吸附区三部分组成16.按照提供冷量的制冷系统不同，冷凝分离法可分为：冷剂制冷法，直接膨胀制冷法和联合制冷法三种
17.根据天然气在冷冻分离系统中的最低冷冻温度，又将冷凝分离法分为：浅冷凝分离与深冷凝分离
四.了解
1.制冷方法，（1）阶式制冷系统：由几个单独而又相互联系的不同温度等级冷剂压缩制冷循环组成（2）混合冷剂：是指由甲烷至戊烷等烃类混合物组成的冷剂
2.节流膨胀与透平膨胀的区别：
（1）节流过程用节流阀，结构简单，操作方便，等熵膨胀过程用膨胀机，结构复杂
（2）膨胀机中实际上为多变过程，因而所得到的温度效应及制冷量比等熵过程的理论值小
（3）节流阀可以气液两相内工作，即节流阀出口可以允许有很大的带液量，而膨胀机出口允许的带液量有一定的限度
3天然气回收工艺方法主要由原料气预处理、压缩、冷凝分离、凝液分馏、干气再压缩以及制冷等部分组成。
原料气预处理的目的是：脱除原料气中携带的油、游离水和泥沙等杂质、以及脱除原料气中的水蒸气和酸性组分等
原料气压缩的目的是：为了提高天然气的冷凝率
4.二氧化碳含量过高，会降低天然气的热值
5.从天然气中脱除酸性组分的工艺过程称为脱硫，脱碳，习惯上统称为天然气脱硫
6.天然气脱硫的方法：间歇法、化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法（化学-物理吸收法）、直接转化法、膜分离法
7.克劳斯法硫磺回收常用的工艺方法有：直通法、分流法、硫循环法、直接氧化法
8.克劳斯法硫磺回收装置的主要设备有反应炉、余热锅炉、转化器、冷凝器
9.液硫脱气工艺有循环喷洒法和气提法两种
10.天然气液化一般包括天然气净化（也称预处理）过程和天然气液化过程两部分
11.LNG工厂按照LNG的使用情况主要分成两种类型：基本负荷型（基地型）和调峰型
12.天然气液化工艺过程原料气预处理：原料气中的CO HS COS 采用醇胺法或其它方法脱
除，水采用分子筛吸附法脱除，汞采用可再生的HgSIV吸附剂脱除，N采用闪蒸分离法脱除
13.天然气液化原理及工艺 ：天然气液化的实质就是通过换热不断从天然气中取走热量最终
达到液化的目的。因此天然气液化的核心是制冷系统
14.LNG装置实质上是压缩机，换热器，膨胀机或节流阀等的组合体
LNG装置工艺流程采用的制冷循环可分为下述几种
1）节流制冷循环
2）膨胀剂制冷循环
3）阶式制冷循环
4）混合冷剂制冷循环
5）有冷剂预冷的混合冷剂制冷循
6）以低温制冷机为冷源的制冷循环
15.天然气液化工艺中的主要设备是压缩机组及换热器等
16.常用的压缩机有两种类型：离心式压缩机和轴流式压缩机
17.大中型LNG装置的压缩机采用的驱动机有两种：蒸汽轮机和燃气轮机
其中以以氨氮 (NH3-N) 、硝态氮 (盐) (NO3--N) 和亚硝态氮 (盐) (NO2--N) 对水体的危害最为严重, 主要表现为:
(1) 使湖泊、水库等水体发生富营养化现象; (2) 使给水处理工程的加氯量大大增加, 从而增加了处理成本; (3) 还原态氮 (NH4+-N、NH3) 会消耗水中的溶解氧, 使水体发臭; (4) 影响污水的再生利用。
随着氮素污染的日益加剧, 以及人们对环境质量要求的不断提高, 氮素工程治理已成为环保行业尤为重视的问题。
1 受能力传统生物脱氮技术
(1) 传统生物脱氮的原理传统生物脱氮的基本原理是首先将废水中的NH4+转化为NO2-, 然后再将NO2-进一步氧化为NO3-, 最终经过还原转化为N2的一个过程。因此, 在传统的废水生物脱氮工艺中, 废水中的N经历了从最低价的-3价到最高的+5价, 然后再逐渐回到0价的一个漫长和反应复杂的过程。
这个过程主要分为两个阶段, 第一个阶段为硝化过程, 是由两类自养型硝化细菌 (亚硝化细菌和硝化细菌) 完成的。第二个阶段是反硝化过程, 由另一类异养型反硝化细菌来完成, 它们将氧化态氮 (NO3--N或NO2--N) 还原为N2, 最终排放到大气中。反硝化过程需要利用有机物作为电子供体, 消耗一定的有机物。
硝化过程反应式如下:
反硝化过程反应式如下:
根据理论计算, 每氧化1mg NH4+-N为NO3--N, 需要消耗碱7.07mg (以Ca CO3计) 。因此, 如果污水中没有足够的碱度来维持, 硝化反应将导致废水的p H值下降, 最终导致反应速度变慢。另外, 完全氧化1mg NH4+-N为NO3--N, 需要氧气4.57mg。
反硝化过程转化1mg NO3--N为N2, 相当于提供2.86mg的O2;与此同时, 还产生3.57mg的碱度 (以Ca CO3计) 。但为达到充分脱氮, 需要有充足的有机碳作为电子供体, 当BOD5/Tk N>3~5:1时, 才可以达到彻底脱氮的目的。
(2) 传统生物脱氮工艺运行的影响因素传统生物脱氮工艺运行的影响因素主要有如下几点:
(1) p H值。p H值是影响废水生物脱氮系统正常运行的重要参数。在硝化阶段要消耗废水中的碱度而使p H值下降, 而在反硝化阶段会产生一定量的碱度使p H值有所上升;但是反硝化所产生的碱度比硝化阶段所消耗的碱度要少, 如果脱氮系统进水的碱度低, 一般需要另外补充碱度才能将硝化反硝化反应控制在最佳的p H值范围。
(2) 溶解氧 (DO) 。溶解氧含量的多寡将影响整个脱氮工艺的处理效率, 同时也会影响硝化与反硝化的类型。当废水中溶解氧含量低于0.5~0.7mg/L时, 会影响硝化菌的生物代谢, 氨氮转化为硝态和亚硝态氮的硝化反应将受抑制。在反硝化阶段, 溶解氧浓度过高时, 会对反硝化菌产生抑制作用, 使反硝化速率下降, 所以, 反硝化段的溶解氧浓度应控制在0.5mg/L以下为宜。
(3) 温度。生物硝化反应的温度范围在5~35℃之间, 但是硝化菌的最佳生长温度为30~35℃, 亚硝化菌最佳生长温度为30℃。当温度低于15℃时, 硝化速率急剧下降;低于5℃时, 硝化反应作用几乎停止。反硝化受温度的影响也很大, 反硝化最适合的温度为20~35℃, 当温度低于15℃时, 反硝化速率明显降低;在5℃以下时反硝化虽然也能进行, 但其速率极低。
(4) 碳氮比 (C/N) 。碳氮比 (C/N) 是控制脱氮效果的另外一个重要因素。目前含氮废水 (特别是低C/N废水) 生物脱氮处理所面临的最大问题是碳源不足。据理论计算, 将1mg NO3-N还原为N2需要有机碳 (以BOD5表示) 为2.86mg。当废水中碳氮比 (C/N) 大于3~5时, 利用传统脱氮技术不必外加碳源也要获得好的脱氮效果。
(5) 污泥龄 (θC) 。污泥龄的长短受污泥负荷控制, 污泥负荷是指单位质量的活性污泥中微生物群体的数量在单位时间内所去除的污染物的量。生物脱氮工艺中的污泥龄必须大于硝化菌最小的世代时间, 否则硝化菌的流失速度将大于其净增殖率, 从而使硝化菌从系统中流失。
(3) 传统生物脱氮技术在天然橡胶初加工废水处理中的局限性传统生物脱氮常用的工艺 (如A/O法、氧化沟、SBR法等) 在天然橡胶初加工废水脱氮方面可以起到了一定的作用, 但是仍然存在一些问题:
(1) 硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高生物浓度, 因此造成系统总水力停留时间较长, 有机负荷较低, 增加了基建投资和运行费用; (2) 实际应用中, 传统生物脱氮系统的抗冲击能力较弱, 如果氨氮或者亚硝酸盐氮的浓度偏高, 将会抑制硝化菌的生长; (3) 反硝化过程需要消耗太多碳源, 如果废水中的碳源不足, 反硝化的速率将会降低; (4) 氨氮全程硝化, 需要消耗大量的氧气, 所需的动力费用较大; (5) 由于天然橡胶初加工废水曝气处理设施经常会出现进水氨氮高而BOD5较低的情况, 不能满足BOD5/Tk N>3的要求, 需要额外投加碳源, 增加了运行成本。
2 天然橡胶初加工生产废水生物脱氮处理新工艺
(1) 生物脱氮处理新工艺一直以来, 在高浓度含氮废水的工程实践中, 都一直认为要彻底实现废水生物脱氮就必须使NH4+-N经历典型的硝化和反硝化过程才能完全被除去。在传统的生物脱氮反应中, NO3--N的生成不仅延长了脱氮反应历程, 而且会造成碳源和外加能源的浪费。因此, 缩短和控制脱氮历程在很大程度上节约了废水处理的基建成本和运行成本, 具有重要的实际应用价值, 成为了很多实践工作者和理论研究者追求的目标。
从氮的微生物转化过程来看, NH4+-N被氧化成NO3--N是由两类独立的细菌催化完成的两个不同的反应, 对于反硝化菌, 无论是NO2--N还是NO3--N均可以作为最终受氢体。因而整个生物脱氮过程可以通过NH4+-N—NO2-N—N2的途径完成, 从而缩短了反应历程。因此, 人们就把经此途径进行脱氮的技术称为短程硝化反硝化生物脱氮技术。该技术最早应用于垃圾填埋场渗滤液、消化污泥脱水上清液的处理中, 近年来, 也逐渐地被应用到天然橡胶初加工的高浓度氨氮废水处理中。
一、材料的选用
钣金加工一般用到的材料有冷轧板（SPCC）、热轧板（SHCC）、镀锌板（SECC、SGCC），铜（CU）黄铜、紫铜、铍铜，铝板（6061、6063、硬铝等），铝型材，不锈钢（镜面、拉丝面、雾面），根据产品作用不同，选用材料不同，一般需从产品其用途及成本上来考虑。
1．冷轧板SPCC，主要用电镀和烤漆件，成本低，易成型，材料厚度≤3.2mm。
2．热轧板SHCC，材料T≥3.0mm ,也是用电镀,烤漆件，成本低，但难成型，主要用平板件。
3．镀锌板SECC、SGCC。
SECC电解板分N料、P料，N料主要不作表面处理，成本高，P料用于喷涂件。
4．铜；主要用导电作用料件，其表面处理是镀镍、镀铬，或不作处理，成本高。
5．铝板；一般用表面铬酸盐（J11-A），氧化（导电氧化，化学氧化），成本高，有镀银，镀
镍。
6．铝型材；截面结构复杂的料件，大量用于各种插箱中。表面处理同铝板。
7．不锈钢；主要用不作任何表面处理，、成本高。
二、图面审核
要编写零件的工艺流程，首先要知道零件图的各种技术要求；则图面审核是对零件工艺流程编写的最重要环节。
1．检查图面是否齐全。
2．图面视图关系，标注是否清楚，齐全，标注尺寸单位。
3．装配关系，装配要求重点尺寸。
4．新旧版图面区别。
5．外文图的翻译。
6．表处代号转换。
7．图面问题反馈与处埋。
8．材料
9．品质要求与工艺要求
10．正式发行图面，须加盖品质控制章。
三、展开注意事项
展开图是依据零件图（3D）展开的平面图（2D）
1．展开方式要合，要便利节省材料及加工性
2．合理选择问隙及包边方式，T=2.0以下问隙0.2，T=2-3问隙0.5，包边方式采用长边包短边（门板类）
3．合理考虑公差外形尺寸：负差走到底，正差走一半；孔形尺寸：正差走到底，负差走一半。
4．毛刺方向
5．抽牙、压铆、撕裂、冲凸点（包），等位置方向，画出剖视图
6．核对材质，板厚，以板厚公差
7．特殊角度，折弯角内半径（一般R=0.5）要试折而定展开
8．有易出错（相似不对称）的地方应重点提示
9．尺寸较多的地方要加放大图
10． 需喷涂保护地方须表示
四、钣金加工的工艺流程
根据钣金件结构的差异，工艺流程可各不相同，但总的不超过以下几点。
1、下料：下料方式有各种，主要有以下几种方式
①． 剪床：是利用剪床剪切条料简单料件，它主要是为模具落料成形准备加工，成本低，精度低于0.2，但只能加
工无孔无切角的条料或块料。
②． 冲床：是利用冲床分一步或多步在板材上将零件展开后的平板件冲裁成形各种形状料件，其优点是耗费工时短，效率高，精度高，成本低，适用大批量生产，但要设计模具。
③． NC数控下料，NC下料时首先要编写数控加工程式，利用编程软件，将绘制的展开图编写成NC数拉加工机床可识别的程式，让其根据这些程式一步一刀在平板上冲裁各构形状平板件，但其结构 受刀具结构所至，成本低，精度于0.15。
④． 镭射下料，是利用激光切割方式，在大平板上将其平板的结构形状切割出来，同NC下料一样需编写镭射程式，它可下各种复杂形状的平板件，成本高，精度于0.1.⑤． 锯床：主要用下铝型材、方管、图管、圆棒料之类，成本低，精度低。
2、钳工：沉孔、攻丝、扩孔、钻孔
沉孔角度一般120℃，用于拉铆钉，90℃用于沉头螺钉，攻丝英制底孔。
3、翻边：又叫抽孔、翻孔，就是在一个较小的基孔上抽成一个稍大的孔，再攻丝，主要用板厚比较薄的钣金加工，增加其强度和螺纹圈数，避免滑牙，一般用于板厚比较薄，其孔周
正常的浅翻边，厚度基本没有变化，允许有厚度的变薄30-40%时，可得到比正常翻边高度大高40-60%的高度，用挤薄50%时，可得最大的翻边高度，当板厚较大时，如2.0、2.5等以上的板厚，便可直接攻丝。
4、冲床：是利用模具成形的加工工序，一般冲床加工的有冲孔、切角、落料、冲凸包（凸点），冲撕裂、抽孔、成形等加工方式，其加工需要有相应的模具来完成操作，如冲孔落料模、凸包模、撕裂模、抽孔模、成型模等，操作主要注意位置，方向性。
5、压铆：压铆就本公司而言，主要有压铆螺母、螺钉、松不脱等，其是通过液压压铆机或冲床来完成操作，将其铆接到钣金件上，还有涨铆方式，需注意方向性。
6、折弯：折弯就是将2D的平板件，折成3D的零件。其加工需要有折床及相应折弯模具完成，它也有一定折弯顺序，其原则是对下一刀不产生干涉的先折，会产生干涉的后折。
l 折弯条数是T=3.0mm以下6倍板厚计算槽宽，如：T=1.0、V=6.0 F=1.8、T=1.2、V=
8、F=2.2、T=1.5、V=
10、F=2.7、T=2.0、V=
12、F=4.0
l 折床模具分类，直刀、弯刀（80℃、30℃）
l 铝板折弯时，有裂纹，可增加下模槽宽式增加上模R（退火可避免裂纹）
l 折弯时注意事项：Ⅰ图面，要求板材厚度，数量； Ⅱ折弯方向
Ⅲ折弯角度；Ⅳ折弯尺寸；Ⅵ外观、电镀铬化料件不许有折痕。
折弯与压铆工序关系，一般情况下先压铆后折弯，但有料件压铆后会干涉就要先折后压，又有些需折弯—压铆—再折弯等工序。
7、焊接：焊接定义：被焊材料原子与分子距京达晶格距离形成一体
① 分类：a 熔化焊：氩弧焊、CO2焊、气体焊、手工焊
b 压力焊：点焊、对焊、撞焊
c 钎焊：电铬焊、铜丝
②
焊接方式：a CO2气体保护焊
b 氩弧焊
c 点焊接等
d 机器人焊
焊接方式的选用是根据实际要求和材质而定，一般来说CO2气体保护焊用于铁板类焊搠；
氩弧焊用于不锈钢、铝板类焊接上，机器人焊接，可节省工时，提高工作效率和焊接质
量，减轻工作强度。
③
焊接符号:Δ 角焊，Д、I型焊，V型焊接，单边V型焊接（V）带钝边V型焊接（V），点焊（O），塞焊或槽焊（∏），卷边焊（χ），带钝边单边V型焊（V），带钝之U型
焊，带钝的J型焊，封底焊，逢焊
④
箭头线和接头
⑤
焊接缺失及其预防措失
点焊：强度不够可打凸点，强加焊接面积
CO2焊：生
产率高，能源消耗少，成本低，抗锈能力强
氩弧焊：溶深浅，溶接速度慢，效率低，生产成本高，具有夹钨缺陷，但具有焊接质量较好的优点，可焊接有色金属，如铝、铜、镁等。
⑥
焊接变形原因：焊接前准备不足，需增加夹具，焊接治具不良改善工艺，焊接顺序不好。
⑦
焊接变形效正法：火焰效正法、振动法、锤击法、人工时效法。钣金常用的表面处理工艺：
1.电镀：在电镀液中，带电离子在电场的作用下附着在产品表面，形成镀层。属
于化学变化。
2.喷粉：粉末被极化，在电场力的作用下，均匀附着在极性相反的产品表面。属
于物理变化。
3.电泳：电泳涂料在阴阳两极的作用下，带电涂料离子移动到产品表面，沉积形
成涂层。属于化学变化。
4.浸塑：产品在熔融的材料中，进行加热，受热的金属与周围熔融的材料结合，形成一定厚度的表面材料。属于物理变化。
其他的表面处理方法比如烤漆、搪瓷等等，对于家电产品来说并不常用，有兴趣可自行学习。
电镀的种类：
一．锌：
1.氰化物镀锌
2.锌酸盐镀锌
3.氯化物镀锌
4.硫酸盐镀锌
电镀锌行业属于污染行业，虽然应用广泛，成本低廉，但电镀锌产品不符合ROHS标准，所以在产品设计时尽量不采用电镀产品。
二．镀铬
工艺原理与镀锌相同。
与传统的电镀锌相比：铬涂层耐腐蚀性能极强，是镀锌的7—10倍，并且表面美观，但成本较高。
目前最先进的镀铬工艺称为DACROMET，中文叫法为达可罗，是一种革命性的高新技术金属表面处理工艺，全程无污染。
三．镀金
四．镀铜
五．镀镍
六．等等你想要镀的所有金属，都可以采用电镀工艺实现。
喷粉工艺原理：
静电喷粉：主要是通过电极将涂料（粉料）极化，再将要喷涂的物体带相反的电荷，在电场力的作用下粉料均匀的附着在物体表面。
喷粉工艺的特点：
粉末静电喷涂不会造成大气的污染，粉末可以回收降低材料的消耗成本，涂膜性能优越耐酸，耐碱，耐盐的腐蚀性较好，附着力也较高。
电泳的工艺原理：
电泳涂料在阴阳两极，施加于电压作用下，带电荷之涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于工件表面。
电泳表面处理工艺的特点：
电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点，电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。
常见的电泳颜色黑色居多，其他颜色也有。浸塑的工艺原理：
金属浸塑是对金属表面防腐的一种新型技术处理工艺方式，浸塑是个加热过程，金属预热、浸料、固化。在浸料时，加热的金属粘住周围的材料，金属越热，浸料时间越长，料的厚度越厚。浸塑的工艺特点：
一、 齿轮的功用与结构特点
齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是按规定的速比传递运动和动力，
齿轮的结构由于使用要求不同而具有各种不同的形状，但从工艺角度可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式，可分为直齿、斜齿、人字齿等；按照轮体的结构特点，齿轮大致分为盘形齿轮、套筒齿轮、轴齿轮、扇形齿轮和齿条等等，如图9－1所示。
在上述各种齿轮中，以盘形齿轮应用最广。盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔。其轮缘具有一个或几个齿圈。单齿圈齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿；双联或三联等多齿圈齿轮(图9－1b、c)。当其轮缘间的轴向距离较小时，小齿圈齿形的加工方法的选择就受到限制，通常只能选用插齿。如果小齿圈精度要求高，需要精滚或磨齿加工，而轴向距离在设计上又不允许加大时，可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构，以改善加工的工艺性。
二、齿轮的技术要求
齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。
（一）传递运动准确性
要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。
（二）传递运动平稳性
要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。
（三）载荷分布均匀性
要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。
（四）传动侧隙的合理性
要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。
齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。
B10095?88中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，从1~12顺次降低。其中1~2级是有待发展的精度等级，3~5级为高精度等级，6~8级为中等精度等级，9级以下为低精度等级。每个精度等级都有三个公差组,分别规定出各项公差和偏差项目，见表9?1。
表9—1齿轮公差组
公差组
公差及偏差项目
对传动性能的影响
Ⅰ
F’i、△Fp(△Fpk)、△F”i、△Fr、△Fw
传递运动准确性
Ⅱ
f’I、△ff、△fpt、△fpb、△f”I、△fpb
传动平稳性、噪声、振动
Ⅲ
△Fβ、△Fpx
承载均匀性
第一节 概述
一、 齿轮的功用与结构特点
齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是按规定的速比传递运动和动力。
齿轮的结构由于使用要求不同而具有各种不同的形状，但从工艺角度可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式，可分为直齿、斜齿、人字齿等；按照轮体的结构特点，齿轮大致分为盘形齿轮、套筒齿轮、轴齿轮、扇形齿轮和齿条等等，如图9－1所示。
在上述各种齿轮中，以盘形齿轮应用最广。盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔。其轮缘具有一个或几个齿圈。单齿圈齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿；双联或三联等多齿圈齿轮(图9－1b、c)。当其轮缘间的轴向距离较小时，小齿圈齿形的加工方法的选择就受到限制，通常只能选用插齿。如果小齿圈精度要求高，需要精滚或磨齿加工，而轴向距离在设计上又不允许加大时，可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构，以改善加工的工艺性。
二、齿轮的技术要求
齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。
（一）传递运动准确性
要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。
（二）传递运动平稳性
要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。
（三）载荷分布均匀性
要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。
（四）传动侧隙的合理性
要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。
齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。
B10095?88中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，从1~12顺次降低。其中1~2级是有待发展的精度等级，3~5级为高精度等级，6~8级为中等精度等级，9级以下为低精度等级。每个精度等级都有三个公差组,分别规定出各项公差和偏差项目，见表9?1。
表9—1齿轮公差组
公差组
公差及偏差项目
对传动性能的影响
Ⅰ
F’i、△Fp(△Fpk)、△F”i、△Fr、△Fw
传递运动准确性
Ⅱ
f’I、△ff、△fpt、△fpb、△f”I、△fpb
传动平稳性、噪声、振动
Ⅲ
△Fβ、△Fpx
承载均匀性
三、齿轮的材料、热处理和毛坯
（一）齿轮的材料与热处理
1．材料的选择
齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的合适与否对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。
一般来说，对于低速重载的传力齿轮，齿面受压产生塑性变形和磨损，且轮齿易折断。应选用机械强度、硬度等综合力学性能较好的材料，如18CrMnTi；线速度高的传力齿轮，齿面容易产生疲劳点蚀，所以齿面应有较高的硬度，可用38CrMoAlA氮化钢；承受冲击载荷的传力齿轮，应选用韧性好的材料，如低碳合金钢18CrMnTi；非传力齿轮可以选用不淬火钢，铸铁、夹布胶木、尼龙等非金属材料。一般用途的齿轮均用45钢等中碳结构钢和低碳结构钢如20Cr、40Cr、20CrMnTi等制成。
2．齿轮的热处理
齿轮加工中根据不同的目的，安排两类热处理工序。
(1)毛坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理—正火或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。
(2)齿面热处理齿形加工完毕后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。
（二）齿轮毛坯
齿轮毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求不太高的齿轮。当齿轮强度要求高，并要求耐磨损、耐冲击时，多用锻件毛坯。当齿轮的直径大于Φ400~Φ600时，常用铸造齿坯。为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度的齿轮，可以直接铸出轮齿；对于小尺寸，形状复杂的齿轮，可以采用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率，节约原材料。
四、齿坯加工
齿形加工之前的齿轮加工称为齿坯加工，齿坯的内孔(或轴颈)、端面或外圆经常是齿轮加工、测量和装配的基准，齿坯的精度对齿轮的加工精度有着重要的影响。因此，齿坯加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。
（一）齿坯加工精度
齿坯加工中，主要要求保证的是基准孔(或轴颈)的尺寸精度和形状精度、基准端面相对于基准孔(或轴颈)的位置精度。不同精度的孔(或轴颈)的齿坯公差以及表面粗糙度等要求分别列于表9—2、表9—3和表9—4中。
表9—2齿坯公差
齿轮精度等级①
5
6
7
8
9
孔尺寸公差
形状公差
IT5
IT6
IT7
IT8
轴尺寸公差
形状公差
IT5
IT6
IT7
顶圆直径②
IT7
IT8
IT8
①当三个公差组的精度等级不同时，按最高精度等级确定公差值。
②当顶圆不作为测量齿厚基准时，尺寸公差按IT11给定，但应小于0．1mm。
表9—3齿轮基准面径向和端面圆跳动公差(μm)
分度圆直径(mm)
精度等级
大于
到
1和2
3 和4
5 和6
7 和8
9 和12
0
125
2．8
7
11
18
28
125
400
3．6
9
14
22
36
400
800
5．0
12
20
32
50
表9—4齿坯基准面的表面粗糙度参数Ra(μm)
精度等级
3
4
5
6
7
8
9
10
孔
颈端
端面
顶圆
≤0.2
≤0.1
0.2~0.1
≤0.2
0.2~0.1
0.4~0.2
0.4~0.2
≤0.2
0.6~0.4
≤0.8
≤0.4
0.6~0.3
1.6~0.8
≤0.8
1.6~0.8
≤1.6
≤1.6
3.2~1.6
≤3.2
≤1.6
≤3.2
≤3.2
≤1.6
≤3.2
（二）齿坯加工方案
齿坯加工方案的选择主要与齿轮的轮体结构、技术要求和生产批量等因素有关。对轴、套筒类齿轮的齿坯，其加工工艺与一般轴、套筒零件的加工工艺相类同。下面主要对盘齿轮的齿坯加工方案作一介绍。
1.中、小批生产的齿坯加工
中小批生产尽量采用通用机床加工。对于圆柱孔齿坯，可采用粗车—精车的加工方案：
（1）在卧式车床上粗车齿轮各部分；
（2）在一次安装中精车内孔和基准端面，以保证基准端面对内孔的跳动要求；
（3）以内孔在心轴上定位，精车外圆、端面及其它部分。
对于花键孔齿坯，采用粗车—拉—精车的加工方案。
2.大批量生产的齿坯加工
大批量生产中，无论花键孔或圆柱孔，均采用高生产率的机床(如拉床、多轴自动或多刀半自动车床等)，其加工方案如下：
（1）以外圆定位加工端面和孔(留拉削余量)；
（2）以端面支承拉孔；
（3）以孔在芯轴上定位，在多刀半自动车床上粗车外圆、端面和切槽；
（4）不卸下芯轴，在另一台车床上续精车外圆、端面、切槽和倒角，如图9—2所示。
第二节 圆柱齿轮齿形加工方法和加工方案
一个齿轮的加工过程是由若干工序组成的。为了获得符合精度要求的齿轮，整个加工过程都是围绕着齿形加工工序服务的。齿形加工方法很多，按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类。
无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。
齿形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。按其加工原理可分为成形法和展成法两种。
成形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同，如图9-3所示。用成形原理加工齿形的方法有：用齿轮铣刀在铣床上铣齿、用成形砂轮磨齿、用齿轮拉刀拉齿等方法。这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，所以加工精度较低，一般只能加工出9~10级精度的齿轮。此外，加工过程中需作多次不连续分齿，生产率也很低。因此，主要用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。
展成法是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所以在生产中应用十分广泛。
一、滚齿
（一）滚齿的原理及工艺特点
滚齿是齿形加工方法中生产率较高、应用最广的一种加工方法。在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿轮的原理，相当于一对螺旋齿轮作无侧隙强制性的啮合，见图9-24所示。滚齿加工的通用性较好,既可加工圆柱齿轮，又能加工蜗轮；既可加工渐开线齿形，又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工大模数齿轮，大直径齿轮。
滚齿可直接加工8~9级精度齿轮，也可用作7 级以上齿轮的粗加工及半精加工。滚齿可以获得较高的运动精度，但因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，因而齿面的表面粗糙度较粗。为了提高滚齿的加工精度和齿面质量，宜将粗精滚齿分开。
（二）滚齿加工质量分析
1.影响传动精度的加工误差分析
影响齿轮传动精度的主要原因是在加工中滚刀和被切齿轮的相对位置和相对运动发生了变化。相对位置的变化(几何偏心)产生齿轮的径向误差；相对运动的变化(运动偏心)产生齿轮的切向误差。
(1)齿轮的径向误差齿轮径向误差是指滚齿时，由于齿坯的实际回转中心与其基准孔中心不重合，使所切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的周节累积公差，如图9—4所示。
齿轮的径向误差一般可通过测量齿圈径向跳动△Fr反映出来。切齿时产生齿轮径向误差的主要原因如下：
①调整夹具时，心轴和机床工作台回转中心不重合。
②齿坯基准孔与心轴间有间隙，装夹时偏向一边。
③基准端面定位不好，夹紧后内孔相对工作台回转中心产生偏心。
(2)齿轮的切向误差齿轮的切向误差是指滚齿时，实际齿廓相对理论位置沿圆周方向(切向)发生位移，如图9-5所示。当齿轮出现切向位移时，可通过测量公法线长度变动公差△Fw来反映。
切齿时产生齿轮切向误差的主要原因是传动链的传动误差造成的。在分齿传动链的各传动元件中，对传动误差影响最大的是工作台下的分度蜗轮。分度蜗轮在制造和安装中与工作台回转中心不重合（运动偏心），使工作台回转中发生转角误差，并复映给齿轮。其次，影响传动误差的另一重要因素是分齿挂轮的制造和安装误差，这些误差也以较大的比例传递到工作台上。
2.影响齿轮工作平稳性的加工误差分析
影响齿轮传动工作平稳性的主要因素是齿轮的齿形误差△ff和基节偏差△fpb。齿形误差会引起每对齿轮啮合过程中传动比的瞬时变化；基节偏差会引起一对齿过渡到另一对齿啮合时传动比的突变。齿轮传动由于传动比瞬时变化和突变而产生噪声和振动，从而影响工作平稳性精度。 滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。下面分别进行讨论。
(1)齿形误差
齿形误差主要是由于齿轮滚刀的制造刃磨误差及滚刀的安装误差等原因造成的，因此在滚刀的每一转中都会反映到齿面上。常见的齿形误差有如图9-6所示的各种形式。图a为齿面出棱、图b为齿形不对称、图c为齿形角误差、图d为齿面上的周期性误差、图e为齿轮根切。
由于齿轮的齿面偏离了正确的渐开线，使齿轮传动中瞬时传动比不稳定，影响齿轮的工作平稳性。
(2)基节极限偏差滚齿时，齿轮的基节极限偏差主要受滚刀基节偏差的影响。滚刀基节的计算式为：
pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0
式中：pb0DD滚刀基节；
pn0DD滚刀法向齿距；
pt0DD滚刀轴向齿距；
α0DD滚刀法向齿形角；
λ0DD滚刀分度圆螺旋升角，一般很小，因此cosλ0≈1。
由上式可见，为减少基节偏差，滚刀制造时应严格控制轴向齿距及齿形角误差，同时对影响齿形角误差和轴向齿距误差的刀齿前刀面的非径向性误差也
要加以控制。
3.影响齿轮接触精度的加工误差分析
齿轮齿面的接触状况直接影响齿轮传动中载荷分布的均匀性。滚齿时，影响齿高方向的接触精度的主要原因是齿形公差△ff和基节极限偏差△fpb。影响齿宽方向的接触精度的主要原因是齿向公差△Fβ。产生齿向公差的主要原因：
（1）滚齿机刀架导轨相对于工作台回转轴线存在平行度误差，如9D7所示。
（2）齿坯装夹歪斜 由于心轴、齿坯基准端面跳动及垫圈两端面不平行等引起的齿坯安装歪斜，会产生齿向误差，如图9－8所示。
（3）滚切斜齿轮时，除上述影响因素外，机床差动挂轮计算的误差，也会影响齿轮的齿向误差。
4.提高滚齿生产率的途径
（1）高速滚齿
近年来，我国已开始设计和制造高速滚齿机，同时生产出铝高速钢（MO5Al）滚刀。滚齿速度由一般v=30m/min提高到v=100m/min以上，轴向进给量 f=1.38mm/r～2.6mm/r，使生产率提高25%。
国外用高速钢滚刀滚齿速度已提高到100 m/min～150 m/min；硬质合金滚刀已试验到400 m/min以上。总之，高速滚齿具有一定的发展前途。
（2）采用多头滚刀可明显提高生产率，但加工精度较低，齿面粗糙，因而多用于粗加工中。当齿轮加工精度要求较高时，可采用大直径滚刀，使参加展成运动的刀齿数增加，加工齿面粗糙度较细。
（3）改进滚齿加工方法
a．多件加工 将几个齿坯串装在心轴上加工，可以减少滚刀对每个齿坯的切入切出时间及装卸时间。
b.采用径向切入 滚齿时滚刀切入齿坯的方法有两种：径向切入和轴向切入。径向切入比轴向切入行程短，可节省切入时间，对大直径滚刀滚齿时尤为突出。
c.采用轴向窜刀和对角滚齿 滚刀参与切削的刀齿负荷不等，磨损不均，当负荷最重的刀齿磨损到一定程度时，应将滚刀沿其轴向移动一段距离（即轴向窜刀）后继续切削，以提高刀具的使用寿命。
对角滚齿是滚刀在沿齿坯轴向进给的同时，还沿滚刀刀杆轴向连续移动，两种运动的合成，使齿面形成对角线刀痕，不仅降低了齿面粗糙度，而且使刀齿磨损均匀，提高了刀具的使用寿命和耐用度，如图9－9所示。
二、插齿
（一）插齿原理及运动
1．插齿原理
从插齿过程的原理上分析，如图9－10所示，插齿刀相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合。插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮
2．插齿的主要运动有：
（1）切削运动：插齿刀的上、下往复运动。
（2）分齿展成运动：插齿刀与工件之间应保持正确的啮合关系。插齿刀往复一次，工件相对刀具在分度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给量，故刀具与工件的啮合过程也就是圆周进给过程。
（3）径向进给运动：插齿时，为逐步切至全齿深，插齿刀应有径向进给量fr。
（4）让刀运动：插齿刀作上下往复运动时，向下是切削行程。为了避免刀具擦伤已加工的齿面并减少刀齿的磨损，在插齿刀向上运动时，工作台带动工件退出切削区一段距离（径向）。插齿刀工作行程时，工作台再恢复原位。
(二)插齿的工艺特点
插齿和滚齿相比，在加工质量，生产率和应用范围等方面都有其特点。
1.插齿的加工质量
（1）插齿的齿形精度比滚齿高 滚齿时，形成齿形包络线的切线数量只与滚刀容屑槽的数目和基本蜗杆的头数有关，它不能通过改变加工条件而增减；但插齿时，形成齿形包络线的切线数量由圆周进给量的大小决定，并可以选择。此外，制造齿轮滚刀时是近似造型的蜗杆来替代渐开线基本蜗杆，这就有造形误差。而插齿刀的齿形比较简单，可通过高精度磨齿获得精确的渐开线齿形。所以插齿可以得到较高的齿形精度。
（2）插齿后齿面的粗糙度比滚齿细 这是因为滚齿时，滚刀在齿向方向上作间断切削，形成如图9－11a所示的鱼鳞状波纹；而插齿时插齿刀沿齿向方向的切削是连续的，如图9－11b所示。所以插齿时齿面粗糙度较细。
（3）插齿的运动精度比滚齿差 这是因为插齿机的传动链比滚齿机多了一个刀具蜗轮副，即多了一部分传动误差。另外，插齿刀的一个刀齿相应切削工件的一个齿槽，因此，插齿刀本身的周节累积误差必然会反映到工件上。而滚齿时，因为工件的每一个齿槽都是由滚刀相同的2～3圈刀齿加工出来，故滚刀的齿距累积误差不影响被加工齿轮的齿距精度，所以滚齿的运动精度比插齿高。
（4）插齿的齿向误差比滚齿大 插齿时的齿向误差主要决定于插齿机主轴回转轴线与工作台回转轴线的平行度误差。由于插齿刀工作时往复运动的频率高，使得主轴与套筒之间的磨损大，因此插齿的齿向误差比滚齿大。所以就加工精度来说，对运动精度要求不高的齿轮，可直接用插齿来进行齿形精加工，而对于运动精度要求较高的齿轮和剃前齿轮（剃齿不能提高运动精度），则用滚齿较为有利。
2．插齿的生产率 切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受到插齿刀主轴往复运动惯性和机床刚性的制约；切削过程又有空程的时间损失，故生产率不如滚齿高。只有在加工小模数、多齿数并且齿宽较窄的齿轮时，插齿的生产率才比滚齿高。.
3．滚插齿的应用范围：
（1）加工带有台肩的齿轮以及空刀槽很窄的双联或多联齿轮，只能用插齿。这是因为：插齿刀“切出”时只需要很小的空间，而滚齿则滚刀会与大直径部位发生干涉。
（2）加工无空刀槽的人字齿轮，只能用插齿；
（3）加工内齿轮，只能用插齿。
（4）加工蜗轮，只能用滚齿。
（5）加工斜齿圆柱齿轮，两者都可用。但滚齿比较方便。插制斜齿轮时，插齿机的刀具主轴上须设有螺旋导轨，来提供插齿刀的螺旋运动，并且要使用专门的斜齿插齿刀，所以很不方便。
（三）提高插齿生产率的途径
1.提高圆周进给量可减少机动时间，但圆周进给量和空行程时的让刀量成正比，因此，必须解决好刀具的让刀问题。
2.挖掘机床潜力增加往复行程次数，采用高速插齿。
有的插齿机每分钟往复行程次数可达1200～1500次/min，最高的可达到2500次/min。比常用的提高了3～4倍，使切削速度大大提高，同时也能减少插齿所需的机动时间。
3.改进刀具参数，提高插齿刀的耐用度，充分发挥插齿刀的切削性能。如采用W18Cr4V插齿刀，切削速度可达到60m/min；加大前角至15°，后角至9°，可提高耐用度3倍；在前刀面磨出1～1.5 mm宽的平台，也可提高耐用度30%左右。
三、剃齿
(一)剃齿原理
剃齿加工是根据一对螺旋角不等的螺旋齿轮啮合的原理，剃齿刀与被切齿轮的轴线空间交叉一个角度，如图9－12a所示，剃齿刀为主动轮1，被切齿轮为从动轮2，它们的啮合为无侧隙双面啮合的自由展成运动。在啮合传动中，由于轴线交叉角“φ”的存在，齿面间沿齿向产生相对滑移，此滑移速度v切=(vt2-vt1)即为剃齿加工的切削速度。剃齿刀的齿面开槽而形成刀刃，通过滑移速度将齿轮齿面上的加工余量切除。由于是双面啮合，剃齿刀的两侧面都能进行切削加工，但由于两侧面的切削角度不同，一侧为锐角，切削能力强；另一侧为钝角，切削能力弱，以挤压擦光为主，故对剃齿质量有较大影响。为使齿轮两侧获得同样的剃削条件，则在剃削过程中，剃齿刀做交替正反转运动。
剃齿加工需要有以下几种运动：
1.剃齿刀带动工件的高速正、反转运动D基本运动。
2.工件沿轴向往复运动－使齿轮全齿宽均能剃出
3.工件每往复一次做径向进给运动－以切除全部余量。
综上所述，剃齿加工的过程是剃齿刀与被切齿轮在轮齿双面紧密啮合的自由展成运动中，实现微细切削过程，而实现剃齿的基本条件是轴线存在一个交叉角，当交叉角为零时，切削速度为零，剃齿刀对工件没有切削作用。
（二）剃齿特点
1.剃齿加工精度一般为6～7级，表面粗糙度Ra为0.8～0.4μm，用于未淬火齿轮的精加工。
2.剃齿加工的生产率高，加工一个中等尺寸的齿轮一般只需2～4 min，与磨齿相比较，可提高生产率10倍以上。
3.由于剃齿加工是自由啮合，机床无展成运动传动链，故机床结构简单，机床调整容易。
（三）保证剃齿质量应注意的几个问题
1. 对剃前齿轮的加工要求
（1）剃前齿轮材料 要求材料密度均匀，无局部缺陷，韧性不得过大，以免出现滑刀和啃切现象，影响表面粗糙度。剃前齿轮硬度在22 ～32HRC范围内较合适。
（2）剃前齿轮精度 由于剃齿是“自由啮合”，无强制的分齿运动，故分齿均匀性无法控制。由于剃前齿圈有径向误差，在开始剃齿时，剃齿刀只能与工件上距旋转中心较远的齿廓做无侧隙啮合的剃削，而与其它齿则变成有齿侧间隙，但此时无剃削作用。连续径向进给，其它齿逐渐与刀齿作无侧隙啮合。结果齿圈原有的径向跳动减少了，但齿廓的位置沿切向发生了新的变化，公法线长度变动量增加。故剃齿加工不能修正公法线长度变动量。虽对齿圈径向跳动有较强的修正能力，但为了避免由于径向跳动过大而在剃削过程中导致公法线长度的进一步变动，从而要求剃前齿轮的径向误差不能过大。除此以外，剃齿对齿轮其它各项误差均有较强的修正能力。
分析得知，剃齿对第一公差组的误差修正能力较弱，因此要求齿轮的运动精度在剃前不能低于剃后要求，特别是公法线长度变动量应在剃前保证；其它各项精度可比剃后低一级。
（3）剃齿余量 剃齿余量的大小，对加工质量及生产率均有一定影响。余量不足，剃前误差和齿面缺陷不能全部除去；余量过大，刀具磨损快，剃齿质量反而变坏。表9—5可供选择余量时参考。
表9－5剃齿余量(mm)
模数
剃齿余量
1～1.75
0.07
2～3
0.08
3.25～4
0.09
4～5
0.10
5.5～6
0.11
2.剃齿刀的选用
剃齿刀的精度分A、B、C三级，分别加工6、7、8级精度的齿轮，
剃齿刀分度圆直径随模数大小有三种：85 mm、180 mm、240 mm，其中240 mm 应用最普遍。分度圆螺旋角有5°、10°、15°三种，其中5°和10°两种应用最广。15°多用于加工直齿圆柱齿轮；5°多用于加工斜齿轮和多联齿轮中的小齿轮。在剃削斜齿轮时，轴交叉φ不宜超过10°～20°，不然剃削效果不好。
3.剃后的齿形误差与剃齿刀齿廓修形
剃齿后的齿轮齿形有时出现节圆附近凹入，如图9－13所示，一般在0.03 mm左右。被剃齿轮齿数越少，中凹现象严重。
为消除剃后齿面中凹现象，可将剃齿刀齿廓修形，需要通过大量实验才能最后确定。也可采用专门的剃前滚刀滚齿后，再进行剃齿。
四、珩齿
淬火后的齿轮轮齿表面有氧化皮，影响齿面粗糙度，热处理的变形也影响齿轮的精度。由于工件已淬硬，除可用磨削加工外，但也可以采用珩齿进行精加工。
珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈无侧隙啮合，利用啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的压力来进行珩齿。
珩齿时的运动和剃齿相同。即珩轮带动工件高速正、反向转动，工件沿轴向往复运动及工件径向进给运动。与剃齿不同的是开车后一次径向进给到预定位置，故开始时齿面压力较大，随后逐渐减小，直到压力消失时珩齿便结束。
珩轮由磨料（通常80＃～180＃粒度的电刚玉）和环氧树脂等原料混合后在铁芯浇铸而成。珩齿是齿轮热处理后的一种精加工方法。
与剃齿相比较，珩齿具有以下工艺特点：
（1）珩轮结构和磨轮相似，但珩齿速度甚低（通常为1～3m/s），加之磨粒粒度较细，珩轮弹性较大，故珩齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程。
（2）珩齿时，齿面间隙沿齿向有相对滑动外，沿齿形方向也存在滑动，因而齿面形成复杂的网纹，提高了齿面质量，其粗糙度可从Ra1.6μm降到Ra0.8～0.4μm。
（3）珩轮弹性较大，对珩前齿轮的各项误差修正作用不强。因此，对珩轮本身的精度要求不高，珩轮误差一般不会反映到被珩齿轮上。
（4）珩轮主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮和毛刺。珩齿余量一般不超过0.025mm，珩轮转速达到1000 r/min以上，纵向进给量为0.05 ～0.065mm/r。
（5）珩轮生产率甚高，一般一分钟珩一个，通过3～5次往复即可完成。
五、磨齿
磨齿是目前齿形加工中精度最高的一种方法。它既可磨削未淬硬齿轮，也可磨削淬硬的齿轮。磨齿精度4～6级，齿面粗糙度为Ra0.8 ～0.2μm。对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力。多用于硬齿面高精度齿轮及插齿刀、剃齿刀等齿轮刀具的精加工。其缺点是生产率低，加工成本高，故适用于单件小批生产。
（一）磨齿原理及方法
根据齿面渐开线的形成原理，磨齿方法分为仿形法和展成法两类。仿形法磨齿是用成形砂轮直接磨出渐开线齿形，目前应用甚少；展成法磨齿是将砂轮工作面制成假想齿条的两侧面，通过与工件的啮合运动包络出齿轮的渐开线齿面。
下面介绍几种常用的磨齿方法：
1.锥面砂轮磨齿
采用这类磨齿方法的有Y7131 和Y7132型磨齿机。它们是利用假想齿条与齿轮的强制啮合关系进行展成加工，如图9－14所示
由于齿轮有一定的宽度，为了磨出全部齿面，砂轮还必须沿齿轮轴向作往复运动。轴向往复运动和展成运动结合起来使磨粒在齿面上的磨削轨迹，如图9－15所示。
2.双片蝶形砂轮磨齿
图9－16所示双片蝶形砂轮磨齿。
两片蝶形砂轮磨齿构成假想齿条的两个侧面。磨齿时砂轮只在原位回转（n0）；工件作相应的正反转动(n)和往复移动（v），形成展成运动。为了磨出工件全齿宽，工件还必须沿其轴线方向作慢速进给运动（f）。当一个齿槽的两侧面磨完后，工件快速退出砂轮，经分度后再进入下一个齿槽位置的齿面加工。
上述展成运动可通过图9－16b所示的机构实现。通过图中滑座7和框架2、滚圆盘3及钢带4所组成的滚圆盘钢带机构，以实现工件正反转动(n)与往复移动（v）的配合运动。工件慢速进给（f）由工作台1的移动完成。
这种磨齿方法由于产生展成运动的传动环节少、传动链误差小（砂轮磨损后有自动补偿装置予以补偿）和分齿精度高，故加工精度可达4级。但由于碟形砂轮刚性差，切削深度较小，生产率低，故加工成本较高，适用于单件小批生产中外啮合直齿和斜齿轮的高精度加工。
（二）提高磨齿精度和磨齿效率的措施
1．提高磨齿精度的措施
（1）合理选择砂轮
砂轮材料选用白刚玉（WA），硬度以软、中软为宜。粒度则根据所用砂轮外形和表面粗糙度要求而定，一般在46＃～80＃的范围内选取。对蜗杆型砂轮，粒度应选得细一些。因为其展成速度较快，为保证齿面较低的粗糙度，粒度不宜较粗。此外，为保证磨齿精度，砂轮必须经过精确平衡。
（2）提高机床精度
主要是提高工件主轴的回转精度，如采用高精度轴承，提高分度盘的齿距精度，并减少其安装误差等。
（3）采用合理的工艺措施
主要有：按工艺规程进行操作；齿轮进行反复的定性处理和回火处理，以消除因残余应力和机械加工而产生的内应力；提高工艺基准的精度，减少孔和轴的配合间隙对工件的偏心影响；隔离振动源，防止外来干扰；磨齿时室温保持稳定，每磨一批齿轮，其温差不大于1°C；精细修整砂轮，所用的金刚石必须锋利，等等。
2．提高磨齿效率的措施
磨齿效率的提高主要是减少走刀次数，缩短行程长度及提高磨削用量等。常用措施如下：
（1）磨齿余量要均匀，以便有效地减少走刀次数；
（2）缩短展成长度，以便缩短磨齿时间。粗加工时可用无展成磨削；
（3）采用大气孔砂轮，以增大磨削用量。
六、齿轮加工方案选择
齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。下面提出齿轮加工方案选择时的几条原则，以供参考：
1.对于8级及8级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。
2.对于8级及8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：滚（插）齿－齿端加工－齿面淬硬－修正内孔。
3.对于6 ～7级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：滚齿－剃齿。
4.对于6 ～7级精度的淬硬齿轮，其齿形加工一般有两种方案：
（1）剃－珩磨方案
滚（插）齿－齿端加工－剃齿－
齿面淬硬－修正内孔－珩齿。
（2）磨齿方案
滚（插）齿－齿端加工－齿面淬硬－修正内孔－磨齿。
剃－珩方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上的齿轮。
5.对于5级及5级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。
6.对于大批量生产，用滚（插）齿－冷挤齿的加工方案，可稳定地获得7级精度齿轮。
第三节 典型齿轮零件加工工艺分析
圆柱齿轮加工工艺过程常因齿轮的结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不同而采用不同的工艺方案。下面列出两个精度要求不同的齿轮典型工艺过程供分析比较。
一、普通精度齿轮加工工艺分析
（一）工艺过程分析
图9－17所示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7－6－6级，其加工工艺过程见表9－6。
从表中可见，齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。
齿号
Ⅰ
Ⅱ
齿号
Ⅰ
Ⅱ
模数
2
2
基节偏差
±0.016
±0.016
齿数
28
42
齿形公差
0.017
0.018
精度等级
7GK
7JL
齿向公差
0.017
0.017
公法线长度变动量
0.039
0.024
公法线平均长度
21.36 0－0.05
27.6 0－0.05
齿圈径向跳动
0.050
0.042
跨齿数
4
5
表9－6双联齿轮加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
毛坯锻造
正火
粗车外圆及端面，留余量1.5～2mm，钻镗花键底孔至尺寸φ30H12
拉花键孔
钳工去毛刺
上芯轴，精车外圆，端面及槽至要求
检验
滚齿（z＝42），留剃余量0.07～0.10 mm
插齿（z＝28），留剃余量0.0,4～0.06 mm
倒角（Ⅰ、Ⅱ齿12°牙角）
钳工去毛刺
剃齿（z＝42），公法线长度至尺寸上限
剃齿（z＝28），采用螺旋角度为5°的剃齿刀，剃齿后公法线长度至尺寸上限
齿部高频淬火：G52
推孔
珩齿
总检入库
外圆及端面
φ30H12孔及A面
花键孔及A面
花键孔及B面
花键孔及A面
花键孔及端面
花键孔及A面
花键孔及A面
花键孔及A面
花键孔及A面
加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。
第二阶段是齿形的加工。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。应予以特别注意。
加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。
加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。
（二）定位基准的确定
定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响。轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准。
1）内孔和端面定位 选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准，既符合“基准重合”原则，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格控制内孔精度，在专用芯轴上定位时不需要找正。故生产率高，广泛用于成批生产中。
2）外圆和端面定位 齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小。因找正效率低，一般用于单件小批生产。
（三）齿端加工
如图9－18所示，齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱，和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。
用铣刀进行齿端倒圆，如图9－19所示。倒圆时，铣刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动（每加工一齿往复摆动一次）。加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端。
齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后。
（四）精基准修正
齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正。
对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。推孔时要防止歪斜，有的工厂采用加长推刀前引导来防止歪斜，已取得较好效果。
对圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。
磨孔时一般以齿轮分度圆定心，如图9－20所示，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿或珩齿有利。为提高生产率，有的工厂以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果。
二、高精度齿轮加工工艺特点
（一）高精度齿轮加工工艺路线
图9－21所示为一高精度齿轮，材料为40Cr，精度为6－5－5级，其工艺路线见表9－7。
模数
3.5
基节累积误差
0.045
齿向公差
0.007
齿数
63
基节极限偏差
±0.0065
公法线平均长度
70.130－0.05
精度等级
655KM
齿形公差
0.007
跨齿数
7
（二）高精度齿轮加工工艺特点
（1）定位基准的精度要求较高 由图9－21可见，作为定位基准的内孔其尺寸精度标注为φ85H5，基准端面的粗糙度较细，为Ra1.6μm，它对基准孔的跳动为0.014mm，这几项均比一般精度的齿轮要求为高，因此，在齿坯加工中，除了要注意控制端面与内孔的垂直度外，尚需留一定的余量进行精加工。精加工孔和端面采用磨削，先以齿轮分度圆和端面作为定位基准磨孔，再以孔为定位基准磨端面，控制端面跳动要求，以确保齿形精加工用的精基准的精确度。
表9－7 高精度齿轮加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
毛坯锻造
正火
粗车各部分，留余量1.5～2mm
精车各部分，内孔至φ84.8H7,总长留加工余量0.2 mm，其余至尺寸
检验
滚齿（齿厚留磨加工余量0.10～0.15 mm）
倒角
钳工去毛刺
齿部高频淬火：G52
插键槽
磨内孔至φ85H5
靠磨大端A面
平面磨B面至总长度尺寸
磨齿
总检入库
外圆及端面
外圆及端面
内孔及A面
内孔及A面
内孔（找正用）及A面
分度圆和A面（找正用）
内孔
A面
内孔及A面
（2）齿形精度要求高 图上标注6－5－5级。为满足齿形精度要求，其加工方案应选择磨齿方案，即滚（插）齿－齿端加工－高频淬火－修正基准－磨齿。磨齿精度可达4级，但生产率低。本例齿面热处理采用高频淬火，变形较小，故留磨余量可缩小到0.1 mm左右，以提高磨齿效率。
第四节 齿轮刀具简介
用切削加工方法制造齿轮，可以分为成形法和展成法。展成法使用的是齿轮形和齿条形刀具，如插齿刀、齿轮滚刀、剃齿刀等。成形法使用的是成形齿轮刀具，如模数盘铣刀和指状铣刀，如图9－22所示。
一、盘形齿轮铣刀
用模数盘形齿轮铣刀铣削直齿圆柱齿轮时，刀具廓形应与工件端剖面内的齿槽的渐开线廓形相同，如图9－22所示。
当被铣削齿轮的模数、压力角相等，而齿数不同时，其基圆直径也不同，因而渐开线的形状（弯曲程度）也不同。因此铣削不同的齿数，应采用不同齿形的铣刀，即不能用一把铣刀铣制同一模数中所有齿数的齿轮齿形，如图9－23所示。但为了避免制造数量过多的盘形铣刀，生产上采用刀号的办法，如表9－8所示。即
用某一刀号的铣刀铣制模数和压力角相同而齿数不同的一组齿轮。每号铣刀的齿形均按所铣制齿轮范围中最小齿数的齿形设计的。
用盘形铣刀铣制斜齿轮时，铣刀是在齿轮法剖面中进行成形铣削的。选择刀号时，铣刀模数应依照被切齿轮的法向模数mn和法剖面中的当量齿轮的当量齿数Zv选择。
Zv=Z/（cos3β）
式中β－斜齿轮螺旋角（°）；
Zv－当量齿数；
Z－斜齿轮齿数。
二、齿轮滚刀
（一）齿轮滚刀的形成
齿轮滚刀是依照螺旋齿轮副啮合原理，用展成法切削齿轮的刀具，齿轮滚刀相当于小齿轮，被切齿轮相当于一个大齿轮，如图9－24所示。齿轮滚刀是一个螺旋角β0很大而螺纹头数很少（1～3个齿），齿很长，并能绕滚刀分度圆柱很多圈的螺旋齿轮，这样就象螺旋升角γz很小的蜗杆了。为了形成刀刃，在蜗杆端面沿着轴线铣出几条容屑槽，以形成前面及前角；经铲齿和铲磨，形成后刀面及后角，如图9－25所示。
（二）齿轮滚刀的基本蜗杆
齿轮滚刀的两侧刀刃是前面与侧铲表面的交线，它应当分布在蜗杆螺旋表面上，这个蜗杆称为滚刀的基本蜗杆。基本蜗杆有以下三种:
1．渐开线蜗杆 渐开线蜗杆的螺纹齿侧面是渐开螺旋面，在与基圆柱相切的任意平面和渐开螺旋面的交线是一条直线，其端剖面是渐开线。渐开线蜗杆轴向剖面与渐开螺旋面的交线是曲线。用这种基本螺杆制造的滚刀，没有齿形设计误差，切削的齿轮精度高。然而制造滚刀困难。
2．阿基米德蜗杆 阿基米德蜗杆的螺旋齿侧面是阿基米德螺旋面。通过蜗杆轴线剖面与阿基米德蜗螺旋面的交线是直线，其它剖面都是曲线，其端剖面是阿基米德螺旋线。用这种基本蜗杆制成的滚刀，制造与检验滚刀齿形均比渐开线蜗杆简单和方便。但有微量的齿形误差。不过这种误差是在允许的范围之内，为此，生产中大多数精加工滚刀的基本蜗杆均用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆。
3．法向直廓蜗杆 法向直廓蜗杆法剖面内的齿形是直线，端剖面为延长渐开线。用这种基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆作滚刀，其齿形设计误差大，故一般作为大模数、多头和粗加工滚刀用。
（三）滚刀的齿形误差
用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆作滚刀，切制的齿轮齿形存在着一定误差，这种误差称为齿形误差。由基本蜗杆的性质可知，渐开线基本蜗杆轴向剖面是曲线齿形，而阿基米德基本蜗杆轴向剖面是直线齿形。为了减少造型误差，应使基本蜗杆的轴向剖面直线齿形与渐开线基本蜗杆轴向剖面的理论齿形在分度圆处相切。阿基米德滚刀基本蜗杆轴向剖面齿形角αx0，应等于渐开线蜗杆轴向剖面齿形的分度圆压力角，如图9－26所示。由斜齿轮法向剖面与轴向剖面齿形角换算关系可得
αx0＝αn/cosγz
式中 αx0－轴向剖面齿形角
αn－渐开线蜗杆法向剖面分度圆压力角；
γz－滚刀基本蜗杆分度圆上螺旋升角。
由图9－27可知，造型误差随着螺旋升角γz的减小而减小。此外造型误差还随着滚刀分度圆直径的增加以及滚刀头数的减少而减小。一般造型误差的误差值很小
，不会影响滚齿的加工精度。例如m=15mm的零前角齿轮滚刀，当γz＝3°时，造型误差约为7μm，而且误差方向是正，会使被切齿轮的齿顶和齿根多切去一些，相当于对齿轮起了修缘的作用，如图9－26所示。
四、齿轮滚刀的合理使用
1.合理使用
按国家标准《高精度齿轮滚刀通用技术条件》的规定，Ⅰ型适用于JB3327－83规定的AAA级滚刀、GB6084－85规定的AA级滚刀；Ⅱ型适用于GB6084－85所规定的AA、A、B、C级四种精度的滚刀。一般情况下，AA级滚刀可加工6～7级齿轮，A 级可加工7～8级齿轮，B级可加工8～9级齿轮，C 级可加工9～10齿轮。
2.正确安装
滚刀安装在滚齿机的心轴上，需要用千分表检验滚刀两端凸台的径向圆跳动不大于0.005 mm。如图9－28所示。
3.适时窜位
滚刀在滚切齿轮时，通常情况下只有中间几个刀齿切削工件，因此这几个刀齿容易磨损。为使各刀齿磨损均匀，延长滚刀耐用度，可采取当滚刀切削一定数量的齿轮后，用手动或机动方法沿滚刀轴线移动一个或几个齿距，以提高滚刀寿命。
4.及时重磨
滚齿时，当发现齿面粗糙度大于Ra3.2μm以上，或有光斑、声音不正常，或在精切齿时滚刀刀齿后刀面磨损超过0.2～0.5mm，粗切齿超过0.8～1.0 mm时，就应重磨滚刀。对滚刀的重磨必须予以重视，使切削刃仍处于基本蜗杆螺旋面上，如果滚刀重磨不正确，会使滚刀失去原有的精度。
滚刀的刃磨应在专用滚刀刃磨机床上进行。若没有专用刃磨机床时，可在万能工具磨床上装一专用夹具来重磨滚刀。专用夹具使滚刀作螺旋运动，并精密分度。注意不能徒手刃磨。
三、插齿刀
（一）插齿刀的产生齿轮
插齿刀的形状很像齿轮，它的模数和名义齿形角等于被加工齿轮的模数和齿形角，不同的是插齿刀有切削刃和前后角。图9－10所示为直齿插齿刀加工直齿圆柱齿轮的情形。用螺母紧固在机床主轴上的插齿刀随主轴一起往复运动，它的切削刃便在空间形成一个假想齿轮，称为产生齿轮，如图9－29a所示。加工斜齿圆柱齿轮时用的是斜齿插齿刀，如图9－29b所示，除了它的模数和齿形角应和被加工齿轮的相等外，其螺旋角还应和被加工齿轮的螺旋角大小相等，旋向相反。插齿时，插齿刀作主运动和展成运动的同时，还有一个附加的转动，使切削刃在空间形成一个假想的斜齿圆柱齿轮，此时好像一对轴线平行的斜齿圆柱齿轮啮合。
（二）直齿插齿刀的结构特点
1.插齿刀不同的端剖面是一个连续的变位齿轮。
插齿刀的每一个刀齿都有三个刀刃，一个顶刃和两个侧刃。由图9－29可知，由于插齿刀要有后角，所以仅切削刃处在产生齿轮表面上，顶刃后刀面和侧刃后刀面均缩在铲形齿轮以内。随着插齿刀沿前刀面重磨，直径逐渐缩小，齿厚也逐渐变薄。但要求齿形仍为同一基圆上的渐开线，这样才可以保证通过调节插齿刀与齿轮中心距后，仍能切出正确的渐开线齿形。为了满足这一要求，插齿刀各端剖面中的齿轮，应为同一基圆具有不同变位系数的齿轮齿形。由图9－30所示，若0－0剖面中具有标准齿形，该剖面称为原始剖面，其变位系数χ＝0。在原始剖面前端各剖面中，变位系数为正值。新插齿刀端剖面内（即Ⅰ－Ⅰ剖面），χ值最大。在原始剖面的后端剖面中，变位系数为负值。使用到最后的插齿刀端剖面内（Ⅱ－Ⅱ），χ值最小。
2.插齿刀的齿侧面是渐开螺旋面
为了使插齿刀的每个端剖面齿形成为变位系数不同的齿轮，将齿顶齿根按后角αpa做成圆锥体，并按分度圆柱上螺旋角β0值，将齿左侧磨成右旋渐开螺旋面，将齿右侧磨成左旋渐开螺旋面。这样一来，由渐开螺旋面的性质可知，齿侧表面在端剖面的截形仍是渐开线，并获得相等的两侧刃后角。
3.插齿刀的前角和齿形误差
为了减少齿轮误差，标准插齿刀规定γpa＝5°，αpa＝6°。在制造插齿刀时，将分度圆压力角做得比标准齿形角略大些，以保证插齿刀加工出的齿轮在分度处的压力角为标准值。经过修正后的插齿刀在端面投影的曲线分度圆处的压力角为标准值，齿顶和齿根处略微增大，这样会使被切齿轮在齿顶和齿根处产生微量根切，有利于减少啮合时的噪声。如图9－31所示。
（三）插齿刀的分类及选用
插齿刀的类型及应用范围如表9－9所示。
选用插齿刀时，除了根据被切齿轮的种类选定插齿刀的类型，使插齿刀的模数、齿形角和被切齿轮的模数、齿形角相等外，还需根据被切齿轮参数进行必要的校验，以防切齿时发生根切、顶切和过渡曲线干涉等。
插齿刀制成AA、A、B三级精度，分别加工6、7、8级精度的齿轮。
表9—9插齿刀主要类型与规格、用途
序号
类型
简图
应用范围
规格
D或莫氏锥
精度等级
d0
m
1
盘形直齿插齿刀
加工普通直齿外齿轮和大直径内齿轮
φ63
0.3～1
31.743
AA、A、B
φ75
1～4
φ100
1～6
φ125
4～8
φ160
6～10
88.90
φ200
8～12
101.60
2
碗形直齿插齿刀
加工塔形、双联直齿轮
φ50
1～3.5
20
AA、A、B
φ75
1～4
31.743
φ100
1～6
φ125
4～8
3
锥柄直齿插齿刀
加工直内齿轮
φ25
0.3～1
莫氏2 号
A、B
φ25
1～2.75
φ38
1～3.75
莫氏3 号
刘红民
（河南神马氯碱发展有限责任公司 河南平顶山 467001）
摘要
主要介绍了该公司废氯处理工艺的变化及改进，保证废氯不排放到大气中污染环境。关键词
事故塔
废氯
吸收
改进
总结
公司概况
河南神马氯碱发展有限责任公司是国内较大的氯碱企业以生产烧碱及聚氯乙烯树脂等基础化工原料为主，注册资本8.055亿人民币，公司占地35.4万平方米，员工1300人其中各类专业技术人员300余人，主要产品生产规模为：离子膜烧碱（折100%）30万吨、聚氯乙烯树脂30万吨、液氯8万吨。公司位于现代化工能源之城平顶山，拥有生产氯碱所需的丰富卤盐、煤、水、电等资源优势。控股公司有河南神马氯碱化工股份有限公司，河南神马盐业股份公司，平顶山市三和热电公司、河南神马新乡正华化工有限公司，已形成一个集盐业开采、发电、氯碱生产、工业废渣制水泥的循环产业链。
废氯产生的途径
公司氯碱区有两条生产线，生产处理氯气并有事故或废氯气产生的工序有10、20万吨电解、10、20万吨氯氢处理、10、20万吨盐酸等六个工序，还有一个液氯压缩和一个液氯包装工序。各工序事故及废氯的来源分别如下：
2.1 电解工序
电解槽开停车时低纯度氯气，电解脱氯单元产生废氯气，槽头泄压阀，高低压水封，电解各仪表监测点排放至D280的氯气，事故氯等。
2.2氯氢处理工序
正负压水封、事故氯、开停车、氯压机检修、防喘振阀、原氯分配台、检修分析现场。
2.3 盐酸工序工序
开停车、尾氯缓冲罐泄压、尾氯缓冲罐安全阀、事故泄压、氯气超压排放、氯气分配台。
2.4 液氯压缩工序
原氯分配台、进液化器原氯抽空管、纳西姆机组泄压、机组安全阀泄压、贮槽安全阀泄压、液化器安全阀泄压、原氯进口分配台泄压、贮槽平衡管、贮槽排污罐废氯、贮槽、机组、检修排放废氯。
2.5 液氯包装工序
包装台、钢瓶取样分析、包装管、真空房、换瓶阀泄漏、事故排放、检修泄漏。废氯原处置方案
3.1 10万吨废氯处置方法
10万吨烧碱原设计在氯氢处理设置一台T0403A（￠1800×13000mm）事故塔。它承担以下三项任务：
1、处理电解开停车、事故、D280以及10万吨氯氢处理正、负压水封等排出的废氯气。
2、处理液氯压缩工序贮槽安全阀、液化器安全阀、纳西姆机组泄压阀、排污阀等排出的废氯气。因这部分废氯压力较高，经汇集后用一DN80碳钢管道送至T0403A，3、处理液氯包装工序包装台和包装铜管中的废氯气。这部分废氯经陶瓷真空泵加压后用DN100PVC/FRP管道送至该塔。10万吨时废氯走向示意图如下：
原氯10液氯成品液氯10液氯包装尾氯事故、安全废氯阀等事故及废氯废氯废氯安全阀氯万吨盐酸原氯原氯喘振阀万吨氯氢事故及废氯正、负压水封事故及废氯原氯万吨电解万烧碱系统废氯走向图10
3.2 10万吨废氯工艺缺点
1、塔0403A能够将10万吨电解计划开停车及正常生产时排放的废氯气完全吸收处理，满负荷生产时事故状态会有少量氯气从该塔风机出口排出，造成跑氯事故。
2、包装真空泵用水做液环输送氯气，水吸收氯气后显酸性，对设备造成腐蚀，影响真空泵的使用寿命，增加设备检、维修次数，影响液氯的充装。
3、由于真空泵能力有限，它不能将包装现场、对钢瓶取样分析时飘出的氯气，以及各工序设备检修时排出的废氯气吸收处理，这样既污染环境，又耽误检修时间，影响生产。技术改进 4.1 改进措施
考虑到以上缺点，我公司在双20万吨生产线设计、施工时针对以上问题采取了如下措施：1在10吨氯氢处理工序又增加了一台T0403B（￠1200×11000mm）的二级吸收塔，增加氯气处理能力。2 在20万吨电解、盐酸配套的氯氢处理工序设置了T0501（￠2800×12200mm），T0502（￠1600×11200mm）两级氯气吸收塔。其主要任务是将20万吨电解的D280、高低压水封、槽头泄压阀、开停车及事故状态时产生的氯气；20万吨盐酸开停车、氯气超压以及尾氯缓冲罐排放的废氯气；20万吨氯氢处理透平机泵后总管，透平机01PICA-0404事故氯气，透平机事故氯阀，氯气分配台，液氯送20万吨盐酸尾氯减压调节阀后泄压排放废氯。3在液氯工序新上三塔T101、T102、T103，三塔规格一样，均为￠2000×15500mm，三塔中T101、T102并联，再和T103串联，T101主要处理10万吨盐酸、液氯工序开停车事故氯、安全阀、平衡管泄压以及液氯工序现场空间检修泄漏废氯的吸收处理，T102主要对液氯包装台、包装铜管、钢瓶取样、更换瓶阀、检修现场飘出氯气进行吸收处理。同时兼有生产成品次氯酸钠任务，如果包装抽空氯气不能配制出合格次氯酸钠，就打开进液氯压缩工序原氯管上设置的DN50的管道阀门通入原氯，以便做出符合后续岗位要求的次氯酸钠。
4、进入T101、T102的管道上设置有三通管道并装有蝶阀9、10、11、12，这样可以改变氯气进入不同的吸收塔，在氯气量大时也可以将氯气分流，用两塔共同吸收。当前事故及废氯管道走向示意图：
废氯总管液氯事故及废氯万吨盐酸尾氯液氯液氯成品液氯液氯包装液氯尾氯事故、安全阀氯万吨盐酸原氯废氯安全阀等废氯废氯总管原氯原氯原氯万吨氯氢原氯10废事故及废氯原氯氯20事故及废氯万吨电解万吨氯氢喘振阀废氯正、负压水封10原氯万吨电解事故及废氯20事故及废氯万/烧碱原氯、事故氯及废氯走向图4.2 当前废氯处理特点
T101、T102、T103投运后，所有包装、液氯以及10吨盐酸去往10吨氯氢处理事故塔的管道在进塔的总管前合并为DN350总管，总管进塔前也装有蝶阀1，这些管道并入总管前装有阀门3，而且在其输出界区的位置也安装有阀门5、7等，并在输出界区阀门前设有去T101、T102、T103的管道和阀门6、8等。2009年6月双30万吨投产后，通过这些管道的氯气均直接送入T101、T102、T103，如果在T101、T102、T103中有任何一塔检修或出现问题时，可以将这些管道进入T101、T102、T103的阀门关闭，打开通往10万吨氯氢处理事故塔的管道阀门7及总管阀门2，用它对氯气吸收，同时把进入10万吨氯氢处理事故塔的DN350的管道及阀门4铺设至T101，当10万吨氯氢处理事故塔出现问题时能将氯气改由T101、T102、T103处理，杜绝氯气外泄。具体操作情况如下：正常时阀门2、3、5、7、8、10、11关闭，T0403A、B处理10电解、10氯氢处理产生的事故氯、废氯。10盐酸和液氯工序产生的事故氯、废氯分别经阀门4、6、12进入T101。液氯包装工序产生的事故氯、废氯由阀门8、9进入T102。如果T101、T102、T103出现故障，阀门4、6、8关闭，2、3、5、7打开，10盐酸和液氯压缩事故氯、废氯经阀门5、3、2、1进入T0403A、B，包装事故及废氯经阀门7进入T0403A、B。
4.3 当前废氯存在不足
目前公司烧碱能力达到31.5万吨，每小时产生的氯气量达到28万吨，满负荷生产时突发事故会产生大量的废氯。如果不及时吸收处理，就会出现跑氯事故，后果不堪设想，虽然公司目前有三套事故氯处理装置，但每套处理装置都会有停车检修的时候，一旦出现故障或检修，与其配套的生产线可能全部停车，给公司的生产带来影响。现在10万吨氯氢处理和液氯已经基本实现其中某一事故塔出现故障时，可以将氯气送至另一事故氯吸收装置。但20万吨电解、盐酸、氯氢处理三工序所产生的事故氯气只能在20万吨氯氢处理的T0501、T0502吸收，这两塔出现故障时，生产线所产生的氯气无法处理。5 拟改进计划
根据当前这一现状，下步拟进行以下改进措施：
1、计划在20万吨氯氢处理进事故塔T0501前管道上安装阀门15、16、17、18，阀门前管道上安装一DN350管道和阀门13、14，将这一管道铺设至液氯工序的T101。如果20万吨氯氢处理事故
塔出现故障，可将废氯气送至T101，反之也可以将进液氯工序T101的氯气送至20万吨氯氢处理T0501。
2、T101、T102在任何一塔出现故障或检修时，T101、T102、T103必须全部停止运行，虽然T101、T102、进口氯气管上有阀门控制，但三塔出口没有设计阀门。计划下次停车时分别在101、T102出口法兰上加装一蝶阀21、22，这样能保证在一塔检修时另一塔能正常运行。3、10万吨、20万吨氯氢处理是处理氯气的岗位，接触氯气的设备较多，如果某一设备故障，对其检修时会有大量氯气逸出，一方面影响工人对其他设备的正常操作，一方面污染环境，还会影响检修进度。针对这一情况，也准备在下次停车时，在这两个岗位的操作现场铺设废气抽空管，管道进口装有阀门，阀门后装有软管。一旦发生氯气泄露，就把软管移动至氯气逸出处，打开抽空阀门，调节事故塔负压值，以便将逸出的氯气吸收掉。
4、计划在进T0403A的管道上加装阀门19、20，以便在T0403A、B检修时，10氯氢处理正负压水封产生的废氯通过阀门20、4、12进入T101.废氯总管液氯事故及废氯万吨盐酸尾氯液氯液氯成品液氯液氯包装原氯原氯尾氯事故、安全阀氯万吨盐酸原氯废氯安全阀等废事故及废氯原氯氯废氯液氯废氯总管原氯万吨氯氢原氯1020事故及废氯万吨电解万吨氯氢喘振阀废氯正、负压水封原氯万吨电解事故及废氯1020事故及废氯拟改造万烧碱废氯走向图6 结语
1 硫磺回收装置的工艺和原理
从脱硫脱碳装置出来的酸性气与从主风机送来的空气按一定配比,在主燃烧炉内进行克劳斯反应,在主燃烧炉内约66% 的H2S将转化为硫元素。主燃烧炉出来的高温气流经余热锅炉E1401 ( Ⅰ) 冷却后进入一级硫磺冷凝冷却器E1402( Ⅰ) 冷却; 分离出液硫后经一级再热炉H1402( Ⅰ) 加热至所需的反应温度,进入一级反应器R-1401( Ⅰ) ,在此反应器内进行常规克劳斯反应,并使CS2和COS充分水解。
为便于叙述,假设二级反应器R-1402( Ⅰ) 处于再生态,三级反应器R-1403( Ⅰ) 处于吸附态。
过程气在进入二级反应器R-1402( Ⅰ) 之前需进行冷却,经二级硫磺冷凝冷却器E-1403( Ⅰ) 分离出液硫后的过程气,再经二级再热炉H-1403 ( Ⅰ) 加热至催化剂再生所需的温度后进入二级反应器R-1402( Ⅰ) ,在此反应器中,上一周期吸附在催化剂上的液硫逐步汽化,从而使催化剂除硫再生,并进行常规克劳斯反应。出二级反应器R-1402( Ⅰ) 的过程气经三级硫磺冷凝冷却器E1404( Ⅰ) 冷却除硫后,不经再热而直接进入三级反应器R-1403 ( Ⅰ) ,在其内进行低温克劳斯反应。出三级反应器R-1403( Ⅰ) 的过程气进入四级硫磺冷凝冷却器E-1405( Ⅰ) ,冷却分离出液硫后进入液硫捕集器D-1402( Ⅰ) ,从捕集器出来的尾气送入尾气焚烧炉H-1404( Ⅰ) 焚烧,焚烧后的废气通过烟囱排放。
主燃烧炉中的主要化学反应如下:
催化反应器中的化学反应如下:
2 装置的设计特点
土库曼斯坦巴格德雷A区天然气处理工艺中的硫磺回收装置,应用先进、成熟的低温克劳斯技术,最后一级反应器中的过程气在硫蒸气露点温度下进行克劳斯反应,从而使硫回收率得到尽可能的提高; 低温克劳斯反应段催化剂的再生热源为上游克劳斯反应段经分硫和再热后的过程气本身,无需单独设置再生系统和补充再生能量,流程简单、占地少、操作和维修都比较方便; 装置设置了高精度、高灵敏度的H2S / SO2在线分析仪反馈控制系统,满足高转化率的要求[2]; 装置进料酸性气浓度较高,酸性气全部引入主燃烧炉,主燃烧炉的温度达1 041℃,既可确保维持稳定燃烧,又有利于提高硫回收率; 装置过程气的再热采用燃料气再热炉,操作控制灵活、可靠; 为提高硫回收率并充分利用热源,该装置的三、四级硫磺冷凝冷却器采用预热锅炉给水方案,以降低过程气( 尾气) 出口温度。三、四级硫磺冷凝冷却器产生的热水,一部分供给余热锅炉和一、二级硫磺冷凝冷却器上水,其余返回锅炉房。
3 系统控制原理
在天然气处理工艺的硫磺回收系统中,设置两台流量调节阀对进入主燃烧炉的空气流量进行控制,一台用于主空气调节回路,使进炉的酸性气量和空气量保持一定的比例,确保达到预定的硫磺回收率; 另一台调节阀用于H2S / SO2比例反馈控制,通过在回收装置过程气管线上设置H2S / SO2比例在线分析仪,将空气需求量控制系统的输出信号引入,确保过程气中H2S∶SO2为2∶1,以便获得更高的调节精度,实现气/风比例的最佳控制[3]。
4 重要控制回路
天然气处理硫磺回收控制系统由前馈控制和反馈控制构成,前馈控制主要用于酸性气负荷发生变化时对空气量进行补偿; 反馈控制主要用于酸性气H2S组分变化时对空气量进行补偿。
4. 1 前馈控制回路
主空气回路控制流程如图1所示。支路空气回路控制流程如图2所示。图1、2中,FQ1405为温压补偿后的酸性气流量; FQ1408为温压补偿后的主路空气流量; FQ1410为温压补偿后的支路空气流量; HC1416为设定初次理论支路空气流量 ( 次当量燃 烧理论空 气流量 ) ,范围为0 ~ 3 000m3/ h,缺省值2 349m3/ h,可参考FY1407; HC1405为理论酸空比 ( 赋值范围设计为0. 0 ~ 2. 5,为防止操作错误进行限幅输入1. 0 ~ 2. 2 ) , 设定可参考KI1410; KI1410为实际空 酸比; FY1416 = FQ1405×HC1405 - HC1416 = 主路空气调节器设定值SP; FY1407 = FQ1408 + FQ1410 = 总空气流 量; FY1405 = FQ1405×HC1405 FQ1408 = 理论支路空气需求值,可看作HC1416。
以酸性气负荷增加为例: 酸性气负荷FQ1405增加,由于酸性气成分未变,即HC1405、HC1416未变化,FY1416 = FQ1405×HC1405 - HC1416 = 主路空气调节器FIC1408设定值SP增加,SP与PV偏差增大,FIC1408输出增加,FV1408开度增大,FQ1408增加直至SP值达到新的平衡。同时支路空气需求值FY1405 = FQ1405×HC1405 FQ1408增加,由于组分未变化,AIC1401保持不变,且HC1406_1处于自动状态,输出FIC1410 _ 1D的SP值增加,FV1410 _1阀位开大,支路空气量增加,此变化再由支路调节回路进行调整。空气量的调整由酸性气负荷变化通过酸空比的运算以及主路、支路空气调整,实现对空气量的实时控制,保证主炉的酸性气转化率。
4. 2 反馈控制回路
反馈控制回路控制流程如图3所示,其中AI1401_1为2∶1分析仪信号; T1401为酸性气进主炉到分析仪检测口的时间段,设定范围0 ~ 400s,缺省值120s; K1401为增益系数,设定范围0. 0% ~ 2. 0% ; B1401为设定过程气H2S / SO2的正常范围,工况要求过程气H2S / SO2比例变化范围在 - B ~ + B ( 与DCS的设置对应即可) 间; HC1406为AIC1401分析仪调节器输出投入 / 切除选择,HC1406投手动时HC1406. OP = FY1405. OP,HC1406投自动时HC1406. OP = FY1405. OP + AIC1401. OP。
以过程气H2S / SO2比例发生变化为例: 实际酸性气中H2S组分随时可能变化,即使酸性气总量不变,只是H2S成分变化,也会导致进入主燃烧炉的空气量波动。该装置对工艺燃烧的过程气的要求是检测输出为50% ,也就是尽可能地实现H2S和SO2的2∶1比例混合反应生成单质硫。
过程气分析仪AIC1401检测到H2S / SO2比例发生变化,AIC1401的AI1401. PV值 > B1401, 则AIC1401. OP等于前次AIC1401. OP + HC1405×K1401×0. 01,支路空气 调节器设 定值HC1406. OP = FY1405. OP + AIC1401. OP增加,等待T1401时间后将变化后的值输出给FIC1410, 支路空气调节器PV与SP偏差减小,FIC1410输出增大,FV1410开度增加,支路空气流量FQ1410增加至SP值后到达新的稳定,调整的结果是使AIC1401对过程气的检测结果输出为50% ,实现反馈控制; T1401为酸性气进炉燃烧再通过管道到达分析仪的时间,受流量、温度以及回压等因素影响,实际使用时需要根据具体工况调整,默认值为120s。
同样,当过程气 分析仪AIC1401检测到AIC1401的AI1401. PV值 < B1401时,则AIC1401. OP = 前次AIC1401. OP - HC1405×K1401×0. 01,支路空气调节器设定值HC1406. OP = FY1405. OP + AIC1401. OP减小,等待T1401时间后,支路空气调节器PV与SP偏差增大,FIC1410输出减少,FV1410开度变小,支路空气流量FQ1410减少至SP值后到达新的稳定,实现进炉空 气与酸性 气燃烧后 的过程气 到达AIC1401的输出检测结果为50% ,实现反馈控制。
5 结束语
笔者针对天然气处理工艺硫磺回收系统的酸性气负荷变化设计了前馈控制,对酸性气组分变化设计了反馈控制,实现了对H2S气体的高回收率。在国家能源引进项目土库曼斯坦天然气净化硫磺回收装置中的实际运行结果表明,系统运行稳定,操作简便,而且H2S的回收率也大幅提高, 继而推广到该项目中大量运用。
摘要：首先介绍硫磺回收装置的工艺和原理,然后针对装置的特点设计硫磺回收装置空气配比回路的前馈控制和反馈控制回路,分别控制酸性气负荷变化和酸性气组分变化。实际投运结果表明:系统具有稳定和操作简便的优点。
关键词：H2S回收,天然气处理,酸性气负荷,酸性气组分,前馈控制,反馈控制
参考文献
[1]余兰兰,郑凯,陈颖,等.剩余污泥改性制备烟气脱硫吸附剂的研究[J].化工机械,2011,38(6):700~703,724.
[2]郑利武,张进伟,陈生龙,顾海涛.在线分析系统在硫磺回收工艺的应用[J].化工自动化及仪表,2012,39(10):1343~1346,1355.
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