淺析硬齒面刮削加工技術

于春紅

（黑龍江黑化集團有限公司壓力容器廠，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

前言

隨著機床、刀具等機械工業(yè)綜合技術的發(fā)展，對齒輪的承載能力、效率、噪聲、壽命等方面提出了更高的要求。硬質(zhì)合金滾刀的出現(xiàn)突破了長期以來磨齒是硬齒面齒形精加工唯一有效的工藝方法，它具有不需專用設備、效率高、成本低等一系列優(yōu)點。它的出現(xiàn)是硬齒制造技術中的一項重大革新。我們在對硬齒面齒輪精加工方面，經(jīng)過摸索研究，實際使用，以刮代磨，取得了成效。

1 硬齒面刮削的加工特點

淬硬齒輪熱處理前已由前序滾刀切出全齒形，因而刮削滾刀只對齒輪的齒形部分作微量切削，容易磨損的刀齒頂刃部分不參與切削，只有側刃參與切削。由于是從硬度很高的齒表切去薄薄的一層金屬，滾刀左、右側的切削刃同時嚙合的齒數(shù)是變化的，很難保證刀齒左、右切削面的切削量一致。切削力（尤其是沿滾刀軸向的分力）的周期性波動極易引起滾齒機的振動、讓刀打滑等，導致滾刀急劇磨損甚至崩刃。

2 硬質(zhì)合金滾刀的切削特性

目前國內(nèi)外一般采用大負前角的硬質(zhì)合金滾刀加工淬硬齒輪，與高速鋼相比硬質(zhì)合金刀具有明顯的高硬度和耐磨性，因此可以用來加工高速鋼刀具難以勝任的高硬度材料（40～65HRC），但是硬質(zhì)合金刀具韌度較低，對于斷續(xù)切削的滾削加工更顯不足，崩刃成為使用上的嚴重障礙。因而采用徑向負前角的特殊設計結構形式是硬齒面加工用硬質(zhì)合金滾刀的基本特性：刀齒的徑向負前角使側切削刃獲得了相應的負刃傾角，切齒時側切削刃先在齒根部開始切削，然后逐漸向頸部擴展，形成一種斜角切削過程，從而在工件齒面上平穩(wěn)地刮下一薄層金屬。由于切削過程具有刮削的特性，因此這種滾刀也稱作刮削滾刀。徑向負前角滾刀側刃所形成的斜角切削過程，對于降低切削力、切削振動和切削溫度起到一定的作用。

3 切削參數(shù)及切削液的選擇

切削參數(shù)與其它切削加工方法一樣，硬齒面刮削在確定進給速度和進給量時也要綜合考慮多種因素，盡可能優(yōu)化加工。需要考慮的主要因素包括：機床的剛性、工件所要求的精度、齒坯預處理情況、工件夾具及機床的狀況等。

a.切削速度：一般為40～140m/min。它取決于機床運轉條件、工件硬度和模數(shù)。高速滾齒時的表面粗糙度值較小，但是，切削速度提高后，滾齒機振動加劇，容易損傷滾刀刀刃，因此，一般齒輪硬度很高時用低速，不太高時用高速，這樣滾刀的磨損比較小。推薦切削速度見表1。

b.軸向進給量：一般為1～5mm/r。工件硬度越均勻，滾齒機的剛性越好，進給量可以越大。進給量越大，滾刀磨損越小。為延長滾刀壽命，應選用較大的進給量而不是較小的進給量。但進給量大時進給波紋也較大，所以一般只有在后續(xù)磨削加工工序時才使用盡可能大的進給量，以延長滾刀壽命。它可通過下面公式來確定：

表1 建議切削速度

滾刀每轉軸向進給量=cosb·(4d·D/sina)1/2，mm

式中b-齒輪螺旋角

d-齒輪節(jié)圓處允許的進給波紋深度，mm

a-齒輪壓力角

D-滾刀外徑，mm

c.切削厚度：根據(jù)刮削余量確定。淬硬齒輪的單側齒面刮削余量一般為0.3～0.6mm?？梢淮吻谐?，但過大的切削用量將降低刀具的耐用度。推薦值見表2。

表2 一次走刀切削余量

d.刮削方式：機床蝸輪副存在間隙時，采用順刮比逆刮要好，可消除間隙帶來的振動和誤差，減小崩刃。

切削液的選擇。硬齒面刮削可采用干式切削。如果采用濕式切削，則所用切削油必須為低粘度切削油，因為硬齒面刮削使用切削油的主要目的是冷卻而不是潤滑。若使用高粘度油，工件與滾刀就會發(fā)生讓刀打滑，引起滾刀崩刃。用作冷卻劑的油在40℃時粘度應在10～20cst。含鉬添加劑的低粘度油比較適于硬齒面刮削。

4 滾刀的重新刃磨

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，刀具的金相結構絕不可因磨削過熱而受破壞，因而在刃磨硬質(zhì)合金滾刀時應采用一種油基冷卻液，它對氯和硫不起反應。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。

5 對滾齒機的要求

為了充分發(fā)揮硬質(zhì)合金滾刀的優(yōu)點，滾齒機應作相應地改進。目前所有先進的滾齒機都按高速滾齒進行設計，其滾齒機的滾刀轉速超過3000r/min，通常為5000r/min，工件主軸轉速與滾刀轉速相匹配。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，占地緊湊，按人機工程學設計，維修方便。

6 防止崩刃措施

滾齒是一種用有限刃斷續(xù)包絡齒面的切齒方法，因此，齒面粗糙度、棱度及切削振動等限制了滾齒的加工質(zhì)量，對于硬齒面刮削來說，由于斷續(xù)切削及切削振動等又產(chǎn)生了刀具崩刃，為消減振動、降低齒面粗糙度、減少刀具崩刃率，可使用專為硬齒面刮削設計的消振器，該消振器裝于滾刀刀桿上，作為刀桿的一部分。實踐表明，此種裝置能有效減少硬質(zhì)合金刮刀的崩刃率，并對齒面粗糙度有所改善，減少對強力高剛度滾齒機的需求，節(jié)約設備投資（每臺機床約50萬元），又可在一定程度上代替昂貴的磨齒，這點對于大直徑硬齒輪尤顯重要。

7 齒形精度的保證

造成齒形精度難以進一步提高的原因主要有兩個方面，一是滾齒機的穩(wěn)定性和傳動剛度差，二是制造高精度硬質(zhì)合金滾刀存在一定的困難，特別是大負前角的滾刀，在重磨后齒形變化很大，為此，需要對滾刀的結構和參數(shù)進行精心設計和計算，對重磨后的齒形精度進行分析，并提出改進措施。

8 結束語

實踐表明，硬齒面刮削工藝具有優(yōu)越性，現(xiàn)已成為一種應用廣泛的硬齒面刮削加工方法，在一定程度上減輕了磨齒的壓力。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。從工廠的實際應用結果表明，硬齒面刮削加工工藝具有廣闊的應用前景。

[1]馮道.機械零件切削加工工藝與技術標準實用手冊 (第五篇)，機械零件銑削加工工藝[S].安徽：安徽文化出版社.

[2]王琬山，刑敏.機械制造手冊(第17)齒面加工[S].遼寧：遼寧科學技術出版社.