硬質合金滾刀與硬齒面滾齒的設計工藝

吳家偉

（哈爾濱天源石化工程設計有限公司 ， 黑龍江 哈爾濱 150000）

一、硬質合金滾刀設計

（1）滾刀材料

硬齒面滾齒加工的特點是：工件硬度高、切削過程斷續和切削層很薄，在切削過程中，刀具承受著較大沖擊載荷、較高的切削溫度和強烈的摩擦，因此，對刀具切削部分材料的沖擊韌性的要求就很高。通過試驗，推薦采用我國國產牌號YT14，該材料具有較高的耐磨性，再添加碳化鋰等高溫碳化物來提高刀片的沖擊性和耐磨性，以獲得良好的切削性能。

（2）滾刀的熱處理及鍍層

滾刀的熱處理采用鹽浴爐等溫淬火，鹽浴爐分級等溫及真空淬火等方式。淬火范式的改進使刀具的硬度穩定的控制在一個合理的范圍內。滾到表面采用鍍TiN、TiALN和鍍碳復合納米材料，是滾刀的耐用度大幅度提高。

（3） 滾刀的結構形式

目前，世界各國所設計的硬質合金滾刀，其結構主要有3種：整體式、機夾式、焊接式。

整體式硬質合金滾刀

其特點是剛性強機械加工省時，可做到較高精度。但受整體壓型工藝限制，目前只能做到外徑85mm的滾刀，且損耗昂貴的硬質合金較多，成本高，只宜做模數m=3mm以下的滾刀。

機夾式硬質合金滾刀機夾式結構比較復雜，夾緊可靠性也較差，特別是在加工大模數淬硬齒輪時，齒面的擠壓力較大，且交變作用顯著，因此對刀片的夾緊要求較高。我國韶關工具廠生產的硬質合金滾刀就是此類結構。這種結構可用于前角g=0°～ -30°（此處需要對照原文）的各類中模數（m1—6）硬質合金滾刀，切削效果很好。

焊接式硬質合金滾刀

其特點是結構簡單，聯接強度高，而且硬質合金刀片燒結容易，材料節省，應用較廣泛。但由于焊接應力引起的裂紋一直是產品質量不穩定的因素，因此需要較高的焊接技術，近年來日本對此問題解決較好，并已在生產中應用。我國重慶、漢江等工具廠采用這種結構。

（4）滾刀前角

由于硬質合金的沖擊韌性較差，因此，在硬質面滾齒時，極易產生崩刃，崩刃是硬質合金滾刀要解決的主要問題。為此，設計滾刀時，采用大負前角的特殊形式。

確定前角時要考慮兩點：

·刀具刃磨后齒形精度的保持性；

·提高刀齒抗崩刃的能力，降低刀刃

前角推薦值

負前角的大小將直接影響刀具刃 磨后齒形精度的保持性以及抗崩刃的能力。負前角越大，精度保持性越差，但負前角過小，則刀具的抗崩刃能力越小。

從理論上分析，隨著硬質合金滾刀負前角的增大，滾刀側刀刃傾角增大，使滾刀刀齒平穩地切入金屬層，從而減小了沖擊，保護硬質合金刀齒不致崩刃，耐用度明顯提高。國內外的試驗和使用情況也得到同樣的結論。但是，負前角值越大，要保證滾刀的齒形精度就越困難。根據被加工齒輪的齒面硬度，前角推薦值如上表所示。

（5） 滾刀前面偏位值的修正

直槽滾刀重磨后，習慣上規定前面偏位值不變，認為這樣能保證其齒形精度。但從理論上來講是不符合的。近年來使用的直槽前角硬質合金滾刀也證明了這一點。隨著滾刀重磨量的增加，被滾切輪齒的漸開線誤差，在齒頂處逐漸朝負向偏差，通過理論分析和試驗，發現在重磨時改變前面偏位值能保證直槽滾刀刃磨后的齒形精度，從而提高滾刀的使用壽命。總之，使刃磨后的前角增大，才能保證刃磨后的齒形精度。

（6）滾刀基本尺寸的確定

滾刀的基本尺寸指的是滾刀的外徑、孔徑和長度等要根據滾刀的規格、用途、結構形式和機床條件等因素來確定。

A滾刀的外徑和孔徑

減小直徑的利處：克服變載荷引起的振動，進而提高滾刀與齒輪的速度，縮短切入切出時間，增加滾刀兩次刃磨的間隔等問題。

減小直徑的弊處：將引起滾刀螺旋升角增大，會導致滾刀的造型誤差變大，精度下降。

大直徑的滾刀，因其具有較大的內孔，有較好的剛性，應在實際設計中優先考慮。

B滾刀的長度

滾刀的最小長度應滿足以下要求:·滾刀應有充分的“竄刀”長度·滾刀能完整的包絡出被加工齒輪的全部齒形

·滾刀端頭的刀齒載荷不應過重。

二、硬齒面滾齒工藝

隨著機械工業的不斷發展，齒輪的應用越來越廣泛，對傳動系統和變速系統中齒輪精度和機械性能的要求越來越高，越來越多的齒輪傳動采用承載能力大，抗點蝕性能好的硬齒面齒輪。國外發達國家的工業齒輪，經表面淬火和整體淬火硬度在350HBS以上的硬齒面幾乎已完全取代硬度低于350HBS的軟齒面。我國自80年代以來，開始推廣硬齒面齒輪的應用。

硬齒面滾齒加工的工藝路線如下：

（1）普通精度齒輪（7-9級）：滾齒→淬火→硬齒面半精滾，

（2）衍齒齒輪（6-7級）：滾齒→淬火→硬齒面半精滾→衍齒；

（3）磨齒齒輪（3-6級）：滾齒→淬火→硬齒面半精滾→磨齒。

影響齒形精度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，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。

滾齒作為齒形加工中最常用、生產率較高的一種加工方法。不僅應用于齒形加工，也可用于精加工。但是在滾齒的加工過程中，由于工藝系統在制造、安裝和調整中會不可避免地存在誤差，這些誤差影響傳遞運動的準確性、傳動平穩性和載荷分布的均勻性。

因此，在設計硬質合金滾刀時，為滿足其使用要求，對設計時的材料、形狀和規格要求也是非常嚴格的，滾齒齒面缺陷及齒面粗糙度達不到設計要求，也會引起齒輪傳動時發生噪音，加劇齒面的磨損，從而降低使用壽命。合理的設計刀具，能有效的提高刀具的強度和使用壽命，合理的調整參數，具有重要的使用價值。隨著科學不斷進步，新型高效率的刀具將會取得新的研究成果。

[1]丁俊一，機械制造技術基礎[M]北京：機械工業出版社，2004.

[2]《齒輪制造手冊》編輯委員會.齒輪設計手冊[M]北京，機械工業出版社，1998.

[3]袁哲俊，劉華明，唐易勝主編《齒輪刀具設計》上冊[M],新時代出版社，1983.

[4]亢再章等，硬齒面齒輪滾切技術，機械傳動，1998.

[5]朱紹華，機械加工工藝[M]北京：機械工業出版社，1999.