高效刀具的應(yīng)用促進(jìn)齒輪制造技術(shù)發(fā)展
在目前的齒輪制造業(yè)中，各家公司的齒形加工工藝大致相同。汽車齒輪大多數(shù)采用滾齒、剃齒和熱后珩齒工藝，少數(shù)企業(yè)和部分轎車企業(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。
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。為了實現(xiàn)高速滾齒，滾齒機(jī)必須提高剛性，提高滾刀頭的驅(qū)動功率，提高數(shù)控、伺服功能，實現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)鹊�，同時也要推廣應(yīng)用高性能、高效刀具。
目前生產(chǎn)中應(yīng)用的滾刀材料以高速鋼為主，也有使用硬質(zhì)合金鑲塊滾刀或整體粉末冶金硬質(zhì)合金滾刀。高速鋼滾刀多采用涂層處理，例如常用的M35、M42、 A4等刀具材料，應(yīng)用TiN涂層，其基體韌性好，涂層耐熱、耐磨，防止崩刃，切削速度可提高至120～150m/min。利用粉末冶金燒結(jié)成形法制造的整 體硬質(zhì)合金滾刀，也有較好的效果。這種刀具經(jīng)過涂層處理，切削速度可提高到250m/min以上，軸向進(jìn)給量可達(dá)到3～6mm/r。而且只要設(shè)備條件允許，可實現(xiàn)干切。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，而且硬質(zhì)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。
滾齒時滾刀與工件相當(dāng)于一對互相嚙合的蝸桿蝸輪，按照連續(xù)展成的方式，滾刀的直線齒形刀刃包絡(luò)切出工件漸開線齒形。滾削加工要為后續(xù)的加工，如熱處理前的 剃齒或熱處理后的磨齒留有適當(dāng)?shù)募庸び嗔�，齒根部分則在滾齒中加工至成件要求。滾刀轉(zhuǎn)速越高，頭數(shù)越多，切削時間越短。為了提高效率，除了提高滾刀轉(zhuǎn)速和 進(jìn)給速度以外，應(yīng)盡可能采用多頭滾刀。增加頭數(shù)能明顯提高切削速度，減少切削刃切削次數(shù)，有利于滾刀的切入，減少磨損，提高刀具壽命。滾刀一般常用2～4 頭，也有5～7頭的。
增大滾刀的直徑和刀槽數(shù)能加大切屑厚度，也能提高生產(chǎn)率。但由于滾刀直徑受機(jī)床結(jié)構(gòu)所限，增大的余地不大，增加刀槽數(shù)在許多情況下會影響刀齒的強(qiáng)度，故出 現(xiàn)了將兩排、三排齒槽合而為一的雙齒滾刀或三齒滾刀。這種滾刀既可以用于粗切，也可以用于精切。特別是刀齒強(qiáng)度提高后可加大切削用量，改善了切屑形成條 件，還能適應(yīng)重切削的要求沿整個刀刃合理分布切削區(qū)域。與普通滾刀相比，效率提高了4～6倍，故常稱之為重切削滾刀。
在整個滾齒過程中，滾刀沿工件軸向進(jìn)給的同時，還要沿滾刀軸向位移，即作竄刀運(yùn)動，使?jié)L刀上的全部刀齒都參與切削，均衡刀齒的磨損，提高刀具耐用度。若發(fā)現(xiàn)工件齒面粗糙度明顯變壞、有光斑、毛刺增多或聲音不正常，應(yīng)及時刃磨。
采用硬質(zhì)合金滾刀對淬硬后的齒輪進(jìn)行加工的方法已在企業(yè)中有多年的應(yīng)用，但在大多數(shù)情況下，只是用于代替粗磨。這是由于滾切硬齒面時，切入切出時滾刀的彈 讓造成工件齒形突變，另外，瞬間的擠壓高溫使得工件齒面退火生成軟點(diǎn)，影響工件的接觸強(qiáng)度，故利用其金屬切除率比磨齒高的特點(diǎn)，代替粗磨具有較好的效果。也有用硬質(zhì)合金成形刮銑刀盤對螺傘齒輪進(jìn)行精加工成功的實例，但是成形刀具十分昂貴，壽命也有限，應(yīng)用不廣泛。
對于內(nèi)齒、雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪，常常應(yīng)用插齒工藝。與滾齒相比，雖然兩者均是按展成原理進(jìn)行工作的，但插齒時刀具切入切出的沖擊、刀具主軸上下運(yùn)動受慣性力的 影響，除非工藝條件不許可使用滾齒，否則是不會應(yīng)用插齒工藝的。也正因為此，干切削插齒加工方法的研究進(jìn)展不大。
在現(xiàn)代化的大型滾齒機(jī)上，可以根據(jù)用戶的要求配置內(nèi)齒輪銑頭，采用盤形銑刀，以銑代插，逐齒分度將內(nèi)齒圈齒形加工余量切除，后續(xù)再用內(nèi)齒磨削方法獲取最終 齒形。與采用插齒工藝相比，效率提高了數(shù)倍。當(dāng)然，受內(nèi)齒銑頭的限制，工件內(nèi)徑要足夠大。另外，在采用以銑代插方法銑削內(nèi)直齒時，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(yù)留給磨齒的余量可小一些；銑削內(nèi)斜齒時，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，因而 切出的齒形是近似漸開線，留給磨齒的余量要稍大一些。大功率的內(nèi)齒銑頭采用預(yù)加負(fù)荷的機(jī)械傳動鏈，電機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動，為高效加工提供了基本條件。采用優(yōu)化切削參數(shù)的涂層銑刀或硬質(zhì)合金鑲片銑刀，更是為提高金屬切除率和延長刀具壽命提供了保證，而且可以實現(xiàn)干切。例如，在P1600/2000帶有內(nèi)齒銑頭的高效滾齒機(jī)上加工107齒，9模數(shù)，8度螺旋角，210毫米齒寬，42CrMoS4材料的內(nèi)齒輪，采用空冷干切，總的銑齒時間為135分鐘(一次性切 削)，而同樣的切除量，用插齒方法在普通機(jī)床上加工，至少也得兩三天。
用戶對降低齒輪噪聲的要求越來越高，傳統(tǒng)的滾剃熱珩工藝由于能力所限，無法滿足這一要求。如采用滾熱磨工藝，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(chǎn)的車輛傳動齒輪，強(qiáng)力內(nèi)齒珩磨輪珩齒工藝很好地解決了這一矛盾，為齒輪精整加工提供了一種可行的方法。傳統(tǒng)的珩齒工藝最大珩磨余量不超過10微米，只是在剃齒后經(jīng)熱處理的齒面上作精整加工，提高一些表面質(zhì)量，因而無法改善齒形齒向。強(qiáng)力內(nèi)齒珩卻不一樣，在熱處理之后可對較大的加工余量 (20～50微米)進(jìn)行精加工，滿足工藝要求；而且能在齒面上形成網(wǎng)狀紋理，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，從而降低了噪聲。珩 磨工具可以采用樹脂粘結(jié)砂，也可采用金剛砂或CBN珩磨輪。加工外齒時，為了節(jié)約成本，通常使用可修整的樹脂粘結(jié)式珩磨輪，在修整時使用金剛修整輪進(jìn)行修整。強(qiáng)力珩齒工藝主要應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的汽車齒輪中，工件模數(shù)0.3～6毫米，直徑10～250毫米，齒寬20～50毫米，最終齒輪精度可達(dá)到6級甚至更 高，加工成本約為磨齒的一半。
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