硬齒面滾齒工藝及滾刀的設(shè)計(jì)與使用

發(fā)布日期：2012-08-29 蘭生客服中心瀏覽：2878

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隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，齒輪傳動(dòng)正朝著高速、重載、高精度的方向發(fā)展，越來越多的齒輪傳動(dòng)采用承載能力大、抗點(diǎn)蝕性能好的硬齒面齒輪。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)齒輪，經(jīng)表面淬火和整體淬火硬度在350HBS以上的硬齒面幾乎已完全取代硬度低于350HBS的軟齒面。我國(guó)自80年代以來，開始推廣硬齒面齒輪的應(yīng)用。

1 硬齒面滾齒工藝

采用硬質(zhì)合金滾刀對(duì)硬齒面進(jìn)行加工，革新了傳統(tǒng)的硬齒面精加工工藝。首先，對(duì)于高精度的磨齒齒輪來說，硬齒面滾齒能用很高的效率代替粗磨工序，切除輪齒的熱處理變形，留下小而均勻的余量進(jìn)行精磨，從而大大地提高了磨齒效率。其次，對(duì)于珩齒齒輪來說，在珩齒前安排硬齒面滾齒，可以切除熱處理變形，達(dá)到必要的精度，再進(jìn)行珩齒加工，以充分發(fā)揮珩齒工藝光整加工的特長(zhǎng)，彌補(bǔ)滾齒加工的不足。再次，對(duì)于普通精度的淬硬齒輪來說，可以用硬質(zhì)合金滾刀直接進(jìn)行精滾加工，以最低的成本保證齒輪加工精度，這一點(diǎn)對(duì)于大、中型齒輪更有其技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

硬齒面滾齒加工的工藝路線大致如下：

磨齒齒輪(3～6級(jí))：滾齒→淬火→硬齒面半精滾→磨齒；
珩齒齒輪(6～7級(jí))：滾齒→淬火→硬齒面半精滾→珩齒；
普通精度齒輪(7～9級(jí))：滾齒→淬火→硬齒面精滾

硬齒面滾齒工藝的加工精度除了齒形精度外，其它項(xiàng)目均可達(dá)到3～5級(jí)精度。

造成齒形精度難以進(jìn)一步提高的原因主要有兩個(gè)方面，一是滾齒機(jī)的穩(wěn)定性和傳動(dòng)剛度差,二是制造高精度硬質(zhì)合金滾刀存在一定的困難，特別是大負(fù)前角的滾刀在重磨后齒形變化很大。為此，需要對(duì)滾刀的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和計(jì)算，對(duì)重磨后的齒形精度進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

2 硬質(zhì)合金滾刀設(shè)計(jì)

滾刀材料

硬齒面滾齒加工的特點(diǎn)是：工件硬度高、切削過程斷續(xù)和切削層很薄，在切削過程中，刀具承受著較大的沖擊載荷、較高的切削溫度和強(qiáng)烈的摩擦，因此，對(duì)刀具切削部分材料的沖擊韌性、耐磨性和耐熱性的要求就很高。日本的硬質(zhì)合金滾刀專家相蒲教授等通過試驗(yàn)，推薦采用P20類硬質(zhì)合金，相當(dāng)于我國(guó)國(guó)產(chǎn)牌號(hào)YT14，該材料具有較高的耐磨性，再添加碳化鋰等高溫碳化物來提高刀片的沖擊韌性和耐磨性，以獲得良好的切削性能。
滾刀的結(jié)構(gòu)形式
目前，世界各國(guó)所設(shè)計(jì)的硬質(zhì)合金滾刀，其結(jié)構(gòu)主要有3種：整體式、機(jī)夾式、焊接式。
1. 整體式硬質(zhì)合金滾刀
  
  其優(yōu)點(diǎn)是剛性強(qiáng)，機(jī)械加工省時(shí)，可做到較高精度。但受整體壓形工藝限制，目前只能做到外徑?85mm的滾刀，且損耗昂貴的硬質(zhì)合金較多，成本高，只宜做模數(shù)m=3mm以下的滾刀。
2. 機(jī)夾式硬質(zhì)合金滾刀
  
  機(jī)夾式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，夾緊可靠性也較差，特別是在加工大模數(shù)淬硬齒輪時(shí)，齒面的擠壓力較大，且交變作用顯著，因此對(duì)刀片的夾緊要求較高。我國(guó)韶關(guān)工具廠生產(chǎn)的硬質(zhì)合金滾刀就是此類結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可用于前角g=₀°～-30°的各類中模數(shù)(m1～6)硬質(zhì)合金滾刀，切削效果很好。
3. 焊接式硬質(zhì)合金滾刀
  
  其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接強(qiáng)度高，而且硬質(zhì)合金刀片燒結(jié)容易，材料節(jié)省，應(yīng)用較廣泛。但由于焊接應(yīng)力引起的裂紋一直是產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的因素，因此需要較高的焊接技術(shù)，近年來日本對(duì)此問題解決較好，并已在生產(chǎn)中應(yīng)用。我國(guó)重慶、漢江等工具廠采用這種結(jié)構(gòu)。
滾刀前角

由于硬質(zhì)合金的沖擊韌性較差，因此，在硬齒面滾齒時(shí)，極易產(chǎn)生崩刃，崩刃是硬質(zhì)合金滾刀要解決的主要問題。為此，設(shè)計(jì)滾刀時(shí)，采用大負(fù)前角的特殊形式。
確定前角時(shí)要考慮兩點(diǎn)：
1. 刀具刃磨后齒形精度的保持性；
2. 提高刀齒抗崩刃的能力，降低刀刃磨損。
表1 前角推薦值

齒輪齒面硬度滾刀前角

HRC≤52 0°

HRC＞52～60 -10°

HRC＞60～62 -20°～-30°
負(fù)前角的大小將直接影響刀具刃磨后齒形精度的保持性以及抗崩刃的能力。負(fù)前角越大，精度保持性越差，但負(fù)前角過小，則刀具的抗崩刃能力越小。

從理論上分析，隨著硬質(zhì)合金滾刀負(fù)前角的增大，滾刀側(cè)刀刃傾角增大，使?jié)L刀刀齒平穩(wěn)地切入金屬層，從而減小了沖擊，保護(hù)硬質(zhì)合金刀齒不致崩刃，耐用度明顯提高。國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)和使用情況也得到同樣的結(jié)論。但是，負(fù)前角值越大，要保證滾刀的齒形精度就越困難。根據(jù)被加工齒輪的齒面硬度，前角推薦值，如表1示。

表1 前角推薦值
齒輪齒面硬度	滾刀前角
HRC≤52	0°
HRC＞52～60	-10°
HRC＞60～62	-20°～-30°

3 滾刀前面偏位值的修正

直槽滾刀重磨后，習(xí)慣上規(guī)定前面偏位值不變，認(rèn)為這樣能保證其齒形精度。但從理論上來講是不符合的。近年來使用的直槽大負(fù)前角硬質(zhì)合金滾刀也證明了這一點(diǎn)。隨著滾刀重磨量的增加，被滾切輪齒的漸開線誤差，在齒頂處逐漸朝負(fù)向偏離，如圖1所示。通過理論分析和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在重磨時(shí)改變前面偏位值能保證直槽滾刀刃磨后的齒形精度，從而提高滾刀的使用壽命。

1.新滾刀切出的正確的漸形線齒形
2.滾刀重磨后切出的齒形
圖1