取力器齒輪-高效刀具的應用促進齒輪制造技術發

文章來源:長葛市天珠齒輪有限公司

在目前的齒輪制造業中,各家公司的齒形加工工藝大致相同。汽車齒輪大多數采用滾齒、剃齒和熱后珩齒工藝,少數企業和部分轎車企業采用滾齒和熱后磨齒工藝,而重載齒輪傳動業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。為了實現高速滾齒,滾齒機必須提高剛性,提高滾刀頭的驅動功率,提高數控、伺服功能,實現溫度補償等等,同時也要推廣應用高性能、高效刀具。

目前生產中應用的滾刀材料以高速鋼為主,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。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。利用粉末冶金燒結成形法制造的整體硬質合金滾刀,也有較好的效果。這種刀具經過涂層處理,切削速度可提高到250m/min以上,軸向進給量可達到3~6mm/r。而且只要設備條件允許,可實現干切。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境的污染,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。

滾齒時滾刀與工件相當于一對互相嚙合的蝸桿蝸輪,按照連續展成的方式,滾刀的直線齒形刀刃包絡切出工件漸開線齒形。滾削加工要為后續的加工,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。滾刀轉速越高,頭數越多,切削時間越短。為了提高效率,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。增加頭數能明顯提高切削速度,減少切削刃切削次數,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能加大切屑厚度,也能提高生產率。但由于滾刀直徑受機床結構所限,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,故出現了將兩排、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。特別是刀齒強度提高后可加大切削用量,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,滾刀沿工件軸向進給的同時,還要沿滾刀軸向位移,即作竄刀運動,使滾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。若發現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中有多年的應用,但在大多數情況下,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,影響工件的接觸強度,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。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,但是成形刀具十分昂貴,壽命也有限,應用不廣泛。
對于內齒、雙聯或多聯齒輪,常常應用插齒工藝。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、刀具主軸上下運動受慣性力的影響,除非工藝條件不許可使用滾齒,否則是不會應用插齒工藝的。也正因為此,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,可以根據用戶的要求配置內齒輪銑頭,采用盤形銑刀,以銑代插,逐齒分度將內齒圈齒形加工余量切除,后續再用內齒磨削方法獲取最終齒形。與采用插齒工藝相比,效率提高了數倍。當然,受內齒銑頭的限制,工件內徑要足夠大。另外,在采用以銑代插方法銑削內直齒時,精銑刀的切削刃可以做成工件一樣的漸開線形狀,加工后預留給磨齒的余量可小一些;銑削內斜齒時,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。大功率的內齒銑頭采用預加負荷的機械傳動鏈,電機或液壓馬達驅動,為高效加工提供了基本條件。采用優化切削參數的涂層銑刀或硬質合金鑲片銑刀,更是為提高金屬切除率和延長刀具壽命提供了保證,而且可以實現干切。例如,在P1600/2000帶有內齒銑頭的高效滾齒機上加工107齒,9模數,8度螺旋角,210毫米齒寬,42CrMoS4材料的內齒輪,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決策者舉棋不定。對于大批量生產的車輛傳動齒輪,強力內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。傳統的珩齒工藝最大珩磨余量不超過10微米,只是在剃齒后經熱處理的齒面上作精整加工,提高一些表面質量,因而無法改善齒形齒向。強力內齒珩卻不一樣,在熱處理之后可對較大的加工余量(20~50微米)進行精加工,滿足工藝要求;而且能在齒面上形成網狀紋理,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砂,也可采用金剛砂或CBN珩磨輪。加工外齒時,為了節約成本,通常使用可修整的樹脂粘結式珩磨輪,在修整時使用金剛修整輪進行修整。強力珩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,直徑10~250毫米,齒寬20~50毫米,最終齒輪精度可達到6級甚至更高,加工成本約為磨齒的一半。

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