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、刀具等機械工業綜合技術的發展，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。硬質合金滾刀的出現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、成本低等一系列優點。它的出現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 硬質合金滾刀的切削特性

目前國內外一般采用大負前角的硬質合金滾刀加工淬硬齒輪，與高速鋼相比硬質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），但是硬質合金刀具韌度較低，對于斷續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 切削參數及切削液的選擇

切削參數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。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。可一次切除，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

為了充分發揮硬質合金滾刀的優點，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：采用復合環氧樹脂床身，以改進機床的動態和靜態特性；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；帶光電傳感器的數字驅動系統、直線滾動導軌系統；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量，對于硬齒面刮削來說，由于斷續切削及切削振動等又產生了刀具崩刃，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，一是滾齒機的穩定性和傳動剛度差，二是制造高精度硬質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越性，現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質的硬質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.