齒輪加工的高效刀具應用
齒輪加工大多數采用滾齒、剃齒和熱后研齒工藝,少數企業(yè)采用滾齒和熱后磨齒工藝,而重載齒輪傳動業(yè)普遍采用滾熱磨工藝滴劲。滾齒在制齒加工方面占了70%以上份額,采用高速滾齒意義重大顾复。為了實現高速滾齒班挖,滾齒機必須提高剛性,提高滾刀頭的驅動功率芯砸,提高數控萧芙、伺服功能,實現溫度補償等等假丧,同時也要推廣應用高性能双揪、高效刀具。
目前生產中應用的滾刀材料以高速鋼為主幢耍,也有使用硬質合金鑲塊滾刀或整體粉末冶金硬質合金滾刀链愉。高速鋼滾刀多采用涂層處理,例如常用的M35忿和、M42拦吓、A4等刀具材料,應用TiN涂層渤惦,其基體韌性好子敷,涂層耐熱婆仪、耐磨,防止崩刃任团,切削速度可提高至120~150mm/min筑落。利用粉末冶金燒結成形法制造的整體硬質合金滾刀,也有較好的效果赂裸。這種刀具經過涂層處理,切削速度可提高到250mm/min以上弯疾,軸向進給量可達到3~6mm/r贾虽。而且只要設備條件允許,可實現干切吼鱼。采用干切可以減少原來使用切削冷卻液所帶來的油霧對環(huán)境的污染蓬豁,而且硬質合金涂層刀具出色的性能使得其使用壽命大大延長,并能降低加工成本菇肃。
滾齒時滾刀與工件相當于一對互相嚙合的蝸桿蝸輪地粪,按照連續(xù)展成的方式,滾刀的直線齒形刀刃包絡切出工件漸開線齒形琐谤。滾削加工要為后續(xù)的加工蟆技,如熱處理前的剃齒或熱處理后的磨齒留有適當的加工余量,齒根部分則在滾齒中加工至成件要求斗忌。滾刀轉速越高质礼,頭數越多,切削時間越短织阳。為了提高效率眶蕉,除了提高滾刀轉速和進給速度以外,應盡可能采用多頭滾刀唧躲。增加頭數能明顯提高切削速度造挽,減少切削刃切削次數,有利于滾刀的切入乱孩,減少磨損憨净,提高刀具壽命。滾刀一般常用2~4頭菲组,也有5~7頭的竭豺。
增大滾刀的直徑和刀槽數能加大切屑厚度,也能提高生產率藻着。但由于滾刀直徑受機床結構所限裤魔,增大的余地不大,增加刀槽數在許多情況下會影響刀齒的強度猩僧,故出現了將兩排赖巴、三排齒槽合而為一的雙齒滾刀或三齒滾刀沿信。這種滾刀既可以用于粗切,也可以用于精切猩刁。特別是刀齒強度提高后可加大切削用量组漏,改善了切屑形成條件,還能適應重切削的要求沿整個刀刃合理分布切削區(qū)域新蟆。與普通滾刀相比觅赊,效率提高了4~6倍,故常稱之為重切削滾刀琼稻。
在整個滾齒過程中吮螺,滾刀沿工件軸向進給的同時,還要沿滾刀軸向位移帕翻,即作竄刀運動鸠补,使?jié)L刀上的全部刀齒都參與切削,均衡刀齒的磨損嘀掸,提高刀具耐用度紫岩。若發(fā)現工件齒面粗糙度明顯變壞、有光斑睬塌、毛刺增多或聲音不正常泉蝌,應及時刃磨。
采用硬質合金滾刀對淬硬后的齒輪進行加工的方法已在企業(yè)中有多年的應用揩晴,但在大多數情況下梨与,只是用于代替粗磨。這是由于滾切硬齒面時满戒,切入切出時滾刀的彈讓造成工件齒形突變枚从,另外,瞬間的擠壓高溫使得工件齒面退火生成軟點蕴黎,影響工件的接觸強度榛狮,故利用其金屬切除率比磨齒高的特點,代替粗磨具有較好的效果阱剂。也有用硬質合金成形刮銑刀盤對螺傘齒輪進行精加工成功的實例嫡靠,但是成形刀具十分昂貴,壽命也有限乘害,應用不廣泛杂飘。
對于內齒、雙聯或多聯齒輪汹即,常常應用插齒工藝触咧。與滾齒相比,雖然兩者均是按展成原理進行工作的,但插齒時刀具切入切出的沖擊坡牛、刀具主軸上下運動受慣性力的影響掸绞,除非工藝條件不許可使用滾齒,否則是不會應用插齒工藝的耕捞。也正因為此衔掸,干切削插齒加工方法的研究進展不大。
在現代化的大型滾齒機上俺抽,可以根據用戶的要求配置內齒輪銑頭敞映,采用盤形銑刀,以銑代插磷斧,逐齒分度將內齒圈齒形加工余量切除振愿,后續(xù)再用內齒磨削方法獲取最終齒形。與采用插齒工藝相比瞳抓,效率提高了數倍埃疫。當然伏恐,受內齒銑頭的限制孩哑,工件內徑要足夠大。
另外翠桦,在采用以銑代插方法銑削內直齒時横蜒,精銑刀的切削刃可以做成工件一樣的漸開線形狀,加工后預留給磨齒的余量可小一些争萎;銑削內斜齒時候铸,雖然刀座能按螺旋角扳動一個角度,但是盤狀銑刀不能像滾齒那樣作連續(xù)的展成谍售,因而切出的齒形是近似漸開線眨额,留給磨齒的余量要稍大一些。大功率的內齒銑頭采用預加負荷的機械傳動鏈学掉,電機或液壓馬達驅動笋再,為高效加工提供了基本條件。采用優(yōu)化切削參數的涂層銑刀或硬質合金鑲片銑刀姐阎,更是為提高金屬切除率和延長刀具壽命提供了保證缤贯,而且可以實現干切。例如浦匾,在P16002000帶有內齒銑頭的高效滾齒機上加工107齒瑰柄,9模數,8度螺旋角涝填,210毫米齒寬蚣碰,42CrMoS4材料的內齒輪,采用空冷干切誓沸,總的銑齒時間為135分鐘(一次性切削)骗爆,而同樣的切除量次氨,用插齒方法在普通機床上加工,至少也得兩三天摘投。
用戶對降低齒輪噪聲的要求越來越高煮寡,傳統的滾剃熱研工藝由于能力所限,無法滿足這一要求犀呼。如采用滾熱磨工藝幸撕,又因制造成本過高讓企業(yè)決策者舉棋不定。對于大批量生產的車輛傳動齒輪外臂,強力內齒研磨輪研齒工藝很好地解決了這一矛盾坐儿,為齒輪精整加工提供了一種可行的方法。傳統的研齒工藝最大研磨余量不超過10微米宋光,只是在剃齒后經熱處理的齒面上作精整加工貌矿,提高一些表面質量,因而無法改善齒形齒向罪佳。強力內齒研卻不一樣逛漫,在熱處理之后可對較大的加工余量(20~50微米)進行精加工,滿足工藝要求锉择;而且能在齒面上形成網狀紋理土霞,不像磨齒時得到的周期性條狀紋理,故能降低輪齒嚙合頻率沟脓,從而降低了噪聲每访。
研磨工具可以采用樹脂粘結砂,也可采用金剛砂或CBN研磨輪稠臣。加工外齒時康蚯,為了節(jié)約成本,通常使用可修整的樹脂粘結式研磨輪爵倚,在修整時使用金剛修整輪進行修整侦纳。強力研齒工藝主要應用于大批量生產的汽車齒輪中,工件模數0.3~6毫米韵绿,直徑10~250毫米狂篇,齒寬20~50毫米,最終齒輪精度可達到6級甚至更高赁栈,加工成本約為磨齒的一半岗屏。
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