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淬硬齒輪的加工 |
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概述
用于動力傳動的齒輪和齒輪箱，其尺寸要求更小，齒輪傳動的噪音更低,，從而導致對淬硬齒輪的需求,，也給齒輪制造廠家提出了探索齒輪加工新方法的要求。
齒輪在淬硬熱處理過程中,，其材料組織及應(yīng)力的改變,，通常會使齒輪產(chǎn)生變形，即齒形,、齒向及齒距誤差,。這此誤差將引起齒廓在傳動時的不正確嚙合，從而加大了載荷,，產(chǎn)生齒輪噪音,。因此，淬硬齒輪在熱處理后,，一般應(yīng)添加一道精加工工序,。
淬硬齒輪精加工工藝可分為兩類：一類是采用非成形的切削刃，如齒輪磨削加工,；另一類則是具有成形的切削刃如淬硬齒輪(HRC48～53)滾削加工,。
本文將集中討論用于硬滾齒加工的硬質(zhì)合金刀具成形切削刃的精加工過程。當今的硬質(zhì)合金材料,、刀具涂層和滾齒機技術(shù)的發(fā)展,，已使淬硬齒輪滾切加工技術(shù)有了顯著的提高，特別是在加工小于或等于12DP的中小模數(shù)齒輪時,，可承受硬切削過程中所產(chǎn)生的極大的切削力,。
硬質(zhì)合金滾刀的選取
硬質(zhì)合金滾刀在材料的品種規(guī)格上有很大進展。超細,、細,、中等或大顆粒的硬質(zhì)合金現(xiàn)在都有產(chǎn)品。此外,，硬質(zhì)合金滾刀毛坯的成形工藝技術(shù)也有了顯著提高,，如采用熱等靜壓(HIP)工藝，該工藝在高壓高溫下,，增加了硬質(zhì)合金毛坯的內(nèi)在結(jié)合力,，提高了硬質(zhì)合金的抗彎強度。按照ISO的規(guī)定,，實體硬質(zhì)合金材料可按應(yīng)用場合的不同分為若干類：齒輪切削刀具分為K類和P類,，K類硬質(zhì)合金有更高的耐磨性，P類則有更好的高溫紅硬性,。在K牌號和P牌號硬質(zhì)合金中,，每種牌號硬質(zhì)合金的顆粒結(jié)構(gòu)是不同的，從中等顆粒到超細顆粒,。每種牌號都有其應(yīng)用場合,，這是和顆粒結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的,。一般來說，對于軟滾削,，K類比P類的性能要好,，K類硬質(zhì)合金能得到微米級的顆粒結(jié)構(gòu)(粒度小于0.5μm)，而P類則不行,。在磨耗方面,，K類韌性更好，壽命更長,。
滾刀的重新刃磨和翻新
滾刀加工一定數(shù)量的工件后,，其切削刃變鈍，此時必須重新刃磨,。刃磨后的滾刀必須保持原有的幾何形狀,；切削刃必須鋒利；刀具的金相結(jié)構(gòu)絕不可因磨削過熱而受破壞,。因而在刃磨硬質(zhì)合金滾刀時應(yīng)采用一種油基冷卻液,，它對氯和硫不起反應(yīng)。對于刮削滾刀,，刃磨后的重新涂層并不象用于實體毛坯硬滾的滾刀那樣重要,。硬質(zhì)合金滾刀刃磨后涂層前，建議對其刃口進行預處理,。
滾刀的重新刃磨將會除去切削表面的原有涂層,，這會減少刀具壽命。刀具是可以重涂的,。通常對于TiN涂層,，可涂3～4次；對于TiCN和TiALN涂層而言,，由于涂層本身有很大的內(nèi)應(yīng)力,，所以在切削刃上難以再重新涂層。通過幾次涂覆TiN涂層后,，會產(chǎn)生高低不均勻的狀況,，并有分層脫落的傾向，所以原有涂層必須去除,。
目前有兩種方法可去除刀具涂層：化學退涂和物理退涂,。用化學退涂去除硬質(zhì)合金刀具上的涂層是一種精細工藝，要求操作者有相當?shù)氖炀毘潭�,。過度的化學退涂不僅將涂層去掉,，而且還將溶洗鈷結(jié)合劑，損壞硬質(zhì)合金材料的微觀結(jié)構(gòu),。切削刃的微觀損壞將產(chǎn)生鋸齒狀表面,。此外,，在退涂時必須對滾刀軸臺、內(nèi)孔及標志進行保護,，以免損壞,。而物理去涂，則必須由原刀具制造廠來進行,，它涉及到整把滾刀齒形的重新磨削。雖然比化學退涂要貴得多,，但得到的是一把新滾刀,，質(zhì)量和壽命都能得到保證。
對滾齒機的要求
為了充分發(fā)揮硬質(zhì)合金和涂層工藝的優(yōu)點,，滾齒機應(yīng)作相應(yīng)地改進,。目前所有先進的滾齒機都按高速滾齒進行設(shè)計，其滾齒機的滾刀轉(zhuǎn)速超過3000r/min,，通常為5000r/min,，工件主軸轉(zhuǎn)速與滾刀轉(zhuǎn)速相匹配。此外,，機床具有很高的動剛度和熱剛度,。先進滾齒機的一些主要設(shè)計特點為：采用復合環(huán)氧樹脂床身，以改進機床的動態(tài)和靜態(tài)特性,；帶有恒溫裝置的高速滾刀主軸箱,；高速工件主軸；可采用干,、濕二種滾削工藝,；帶光電傳感器的數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)；直線滾動導軌系統(tǒng),；高速自動上料(2～3秒),；占地緊湊；按人機工程學設(shè)計,；維修方便,。
采用刮削工藝
無論是機械式的還是CNC的滾齒機都能進行刮削，但條件是機床必須裝備有工件到刀具的自動同步傳動系統(tǒng),。這可使刮削工藝更為經(jīng)濟,，對帶有自動上下料系統(tǒng)的機床也很重要。電子非接觸系統(tǒng)靠一個模擬量傳感器發(fā)出脈沖來測量刀具主軸,、工件主軸和齒輪的位置,。機床CNC控制器對這些脈沖進行處理，然后對工件主軸相對于刀具的位置進行調(diào)整,，使工件輪齒和滾刀刀齒的相對位置關(guān)系正確,。
在刮削工藝中用冷卻液有很多優(yōu)點：在刮削過程中,，冷卻液提供了潤滑性；由于刮削產(chǎn)生的不是正常的切屑,，溫度控制極其重要,。刮下的切屑較小較薄，不象正常刀屑那樣可帶走許多熱量,，所以刮削時采用冷卻液可控制刀具,、工件及機床系統(tǒng)的溫度；冷卻液可將切屑從刀具和工件上沖走,；改善了工件表面精糙度,；提高了刀具壽命。
在“綠色滾削”工藝中,，正確選擇齒厚余量是很重要的,。推薦選擇順銑滾齒，因為它可得到最厚的切屑,，這有助于控制切削過程的動態(tài)狀況,，提高刀具壽命。經(jīng)驗證明,，切削速度可以超過200m/min,，進給量的選擇取決于所要達到的表面光潔度。典型進給范圍為0.5～1.25mm/r,。刀具移位(竄刀)的方法也很重要,，因為刮削時只有粗加工截面的部分切削刃才經(jīng)受磨損。相反,，在“綠色切削”過程中,，刀具的精加工部分承擔了主要加工量。這意味著在刮削時竄刀量應(yīng)更大,，如齒輪為12～48DP時,，每次竄刀量為0.3～0.4mm。
刮削滾刀的選取
刮削硬質(zhì)合金滾刀分為兩大類：用于10DP或更大模數(shù)的滾刀,，通常都設(shè)計有一個負前角的切削前面,，當切削刃接觸到淬硬齒面時，減小了對硬質(zhì)合金材料的沖擊,；對于較小模數(shù)的齒輪,，就不需要有負前角。負前角的滾刀的缺點是刃磨困難,。滾刀刃磨后外徑減小,，為了得到正確的負前角就應(yīng)改變砂輪的偏置量。
當刮削中,、大模數(shù)齒輪時,，其齒頂,、外圓直徑和齒根部位通常都不被滾削，并要求輪齒到齒根有一個平滑的過渡,。為得到沉切和完整的過渡圓弧半徑,，提高齒根的抗彎強度，用于大模數(shù)齒輪的理想刮削滾刀應(yīng)帶有凸緣,。
對于小模數(shù)齒輪的加工,，應(yīng)采用標準滾刀。采用標準的徑向前角硬質(zhì)合金滾刀加工稱為“硬質(zhì)合金滾刀的再滾切”,，而不是“刮削”,，后者指的是采用了一個負前角滾刀。
硬滾削的技術(shù)要求和硬刮削,、或硬質(zhì)合金滾刀再滾削的技術(shù)要求幾乎相同，不同之處是采用的竄刀移位的策略不同,。在硬滾時,，切屑的切除需花費大量能量。該能量最終變?yōu)闊崃�,。設(shè)法把這些熱量散發(fā)帶走至關(guān)重要,。建議每加工一個工件后，滾刀竄位一個全齒距,。當滾刀從頭到尾竄位過后,，應(yīng)將滾刀移到離原始位置有一個偏置量的部位。該偏置量取決于滾刀的設(shè)計和應(yīng)用,，其目的是為了有助于滾刀的均勻磨損,。另一不同之處是所采用的裝夾系統(tǒng)。由于極大的切削力,，夾具必須安全夾緊工件,。加工結(jié)果表明，同一斜齒輪用硬質(zhì)合金滾刀再硬滾時,，其齒輪質(zhì)量很高,，齒形接近AGMA10級，齒向和齒距超過AGMA12級,；全淬硬毛坯硬滾切加工的斜齒輪,，其齒輪精度也非常高，齒形精度可達AGMA10級,，齒向和齒距可達到AGMA12級,。
結(jié)論
目前已探索出許多經(jīng)濟的方法來加工淬硬齒輪，包括材料的選擇,、軟加工方法,、熱處理工藝和硬精加工,，使淬硬齒輪得到普及，滿足了高質(zhì)量傳動裝置對淬硬齒輪的要求,。
從一個實體全淬硬工件毛坯進行淬硬滾切加工是一種新的加工工藝,。由于有剛性更好的機床和優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金刀具材料并加以涂層處理，使淬硬滾切成為一種行之有效的加工方法,。從工廠的實際應(yīng)用結(jié)果表明,，淬硬齒輪滾切(硬滾)工藝具有廣闊的應(yīng)用前景。 | |
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