淬硬齒輪的加工

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淬硬齒輪的加工

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    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(dǎo)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(shí)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(dāng)今的硬質(zhì)合金材料、刀具涂層和滾齒機(jī)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(shí)，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(jìn)展。超細(xì)、細(xì)、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(qiáng)度。按照ISO的規(guī)定，實(shí)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(xì)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行預(yù)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(xué)退涂和物理退涂。用化學(xué)退涂去除硬質(zhì)合金刀具上的涂層是一種精細(xì)工藝，要求操作者有相當(dāng)?shù)氖炀毘潭取＿^度的化學(xué)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(shí)必須對滾刀軸臺、內(nèi)孔及標(biāo)志進(jìn)行保護(hù)，以免損壞。而物理去涂，則必須由原刀具制造廠來進(jìn)行，它涉及到整把滾刀齒形的重新磨削。雖然比化學(xué)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(jī)的要求
    為了充分發(fā)揮硬質(zhì)合金和涂層工藝的優(yōu)點(diǎn)，滾齒機(jī)應(yīng)作相應(yīng)地改進(jìn)。目前所有先進(jìn)的滾齒機(jī)都按高速滾齒進(jìn)行設(shè)計(jì)，其滾齒機(jī)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(jī)床具有很高的動剛度和熱剛度。先進(jìn)滾齒機(jī)的一些主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：采用復(fù)合環(huán)氧樹脂床身，以改進(jìn)機(jī)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(dǎo)軌系統(tǒng)；高速自動上料(2～3秒)；占地緊湊；按人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)；維修方便。
采用刮削工藝
    無論是機(jī)械式的還是CNC的滾齒機(jī)都能進(jìn)行刮削，但條件是機(jī)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(jì)，對帶有自動上下料系統(tǒng)的機(jī)床也很重要。電子非接觸系統(tǒng)靠一個(gè)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(jī)床CNC控制器對這些脈沖進(jìn)行處理，然后對工件主軸相對于刀具的位置進(jìn)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(diǎn)：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(shí)采用冷卻液可控制刀具、工件及機(jī)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?yàn)樗傻玫阶詈竦那行迹@有助于控制切削過程的動態(tài)狀況，提高刀具壽命。經(jīng)驗(yàn)證明，切削速度可以超過200m/min，進(jìn)給量的選擇取決于所要達(dá)到的表面光潔度。典型進(jìn)給范圍為0.5～1.25mm/r。刀具移位(竄刀)的方法也很重要，因?yàn)楣蜗鲿r(shí)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(dān)了主要加工量。這意味著在刮削時(shí)竄刀量應(yīng)更大，如齒輪為12～48DP時(shí)，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(jì)有一個(gè)負(fù)前角的切削前面，當(dāng)切削刃接觸到淬硬齒面時(shí)，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(fù)前角。負(fù)前角的滾刀的缺點(diǎn)是刃磨困難。滾刀刃磨后外徑減小，為了得到正確的負(fù)前角就應(yīng)改變砂輪的偏置量。?
    當(dāng)刮削中、大模數(shù)齒輪時(shí)，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(gè)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)滾刀。采用標(biāo)準(zhǔn)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(gè)負(fù)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(shí)，切屑的切除需花費(fèi)大量能量。該能量最終變?yōu)闊崃俊ＴO(shè)法把這些熱量散發(fā)帶走至關(guān)重要。建議每加工一個(gè)工件后，滾刀竄位一個(gè)全齒距。當(dāng)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(gè)偏置量的部位。該偏置量取決于滾刀的設(shè)計(jì)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(shí)，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(dá)AGMA10級，齒向和齒距可達(dá)到AGMA12級。
結(jié)論
    目前已探索出許多經(jīng)濟(jì)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(gè)實(shí)體全淬硬工件毛坯進(jìn)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(jī)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(shí)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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硬質(zhì)合金很貴呀