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歐洲齒輪刀具技術發展近況簡評

浏览次数:549日期:2019-11-30

1齒輪刀具材料與結構

(1)齒輪滾刀

通過對歐洲齒輪刀具製造廠和首要用戶企業(如變速箱製造廠)的考察可知,目前齒輪滾刀的使用方式可分為傳統的濕式切削工藝和幹式切削工藝兩大類。用於濕式切削的齒輪滾刀材料首要采用M35+TiN和M35+TiNC ,其中M35+TiN為主流材料,滾切速度通常為90~110m/min。用於幹式切削的齒輪滾刀材料首要為ASP60+TiAlN,其滾切速度為160m/min。硬質合金滾刀首要用於幹式切削,其滾切速度可達260m/min。根據滾切試驗結果 ,ASP60+TiAlN滾刀用於幹式切削的綜合加工效能優於硬質合金滾刀。是以,在實際生產利用中ASP60+TiAlN滾刀的使用量遠遠大於硬質合金滾刀。

隨著數控滾齒技術和刀具塗層技術的快速發展,齒輪滾刀的結構設計也在不斷變化,首要體現在以下方麵:①由於滾齒速度的不斷進步,正前角滾刀的切削性能上風已不明顯,加上正前角滾刀的齒形較複雜,製造精度不易保證,是以正前角滾刀結構正逐步被淘汰,而代之以零前角滾刀結構 。目前除日本NACHI公司還少量生產正前角滾刀外 ,國外其它齒輪生產廠幾乎已不生產正前角滾刀。②滾刀頭數的確定首要考慮滾齒加工效率的要求,滾刀的外徑、長度、槽數等參數則需根據刀具壽命要求來確定。設計滾刀時,通常首先確定每個刀齒的切削長度,再按重磨一次需加工的工件數確定滾刀的有效切削齒數,最後確定滾刀的外徑、長度、槽數等。③近年來,由於滾齒機快進、快退速度的進步,小徑滾刀進退刀耗時少的上風已不明顯,是以滾刀直徑的確定首要取決於齒輪結構和槽數的要求。④為進步加工效率,對於同一齒輪軸上需滾齒加工的不同齒輪,要求可在同一台機床上一次安裝順次加工完成 ,這就要求一把滾刀上有多段不同規格的滾刀齒形,即將多把滾刀集成為一體。

由於滾刀圓周齒數的增多,滾齒加工已可視為近似連續切削加工,加上滾刀重磨後從頭塗層技術的利用,M35+TiN滾刀與ASP30+TiN滾刀相比其壽命差別已不是很大,但卻具有本錢較低的上風,是以M35+TiN滾刀的使用數目已在明顯回升,這一趨勢無論從滾刀製造廠還是齒輪生產廠均可得到證實。但對於圓周齒數較少的滾刀和重磨後不塗層的滾刀,ASP30+TiN滾刀與M35+TiN滾刀相比仍具有較明顯的壽命上風。

在對環境汙染限製極其嚴格的歐洲,幹式切削具有廣闊的利用遠景。目前大量利用於實際生產的幹式切削滾刀首要為ASP60+TiAlN滾刀。同時也有少量ASP60+TiAlN+WC/C滾刀利用,其切削速度為180m/min。用於幹式切削的硬質合金滾刀和金屬陶瓷滾刀由於製造難度較大、材料及製造本錢較高等啟事,在加工生產線上的利用還未幾。由於塗層材料和塗層技術的快速發展,塗層粉末冶金高速鋼滾刀在幹式切削中的利用卻在不斷擴大 。

(2)插齒、剃齒刀具

歐洲生產的插齒刀產品首要采用M35+TiN和ASP30+TiN材質 ,其結構設計與國內區別不大。

由於插齒加工屬於斷續切削,是以在高速插齒機上使用的插齒刀大多為ASP30+TiN插齒刀 。

歐洲生產的剃齒刀產品首要采用M2或ASP23材料(M2材料占主導地位)。剃齒刀的結構設計與國內差別較大。對於模數小於4mm的剃齒刀,容屑槽底梳采用直線形;模數大於4mm的剃齒刀的容屑槽底梳則采用漸開線形。剃齒刀的退刀槽均采用銑製(或磨製)加工,刀具內孔配合麵較短(一般約為齒麵寬的1/3),徑向剃齒刀的邊牙全部銑往。

目前德國開發出一種不同於傳統剃齒工藝的強力剃齒工藝。該機床在剃齒過程中,剃齒刀與被剃齒輪均可驅動 ,剃第一麵齒時剃齒刀為主動輪,被剃齒輪為從動輪;剃第二麵齒時則相反。無論剃哪一麵齒,剃齒刀與被剃齒輪的轉動方向始終不變,且裝卸齒輪時剃齒刀不停止轉動。該機床采用主動對刀,齒輪轉速可達4000r/min,切削速度高,加工效率高。由於可對齒形實行強力修整,是以剃齒加工精度高。強力剃齒工藝對剃齒刀的性能、壽命和可靠性提出了更高要求。

(3)拉削刀具

歐洲刀具製造廠生產的拉刀材料大多采用M2或M35,部分拉刀采用TiN塗層,具體根據加工要求和使用條件選用。拉刀的切削齒均無刃帶。圓拉刀、花鍵拉刀等的容屑槽不少采用雙頭螺旋槽結構。

2齒輪刀具製造工藝

歐洲目前使用的刀具製造設備基本上已實現數控化。刀具的設計、製造已普遍采用CAD/CAM/CAPP技術,操縱者隻需輸進刀具圖號,數控加工機床即可主動從中心計算機中提取機床調整和加工工藝數據,並實現主動加工。

刀具磨削均采用帶數控砂輪修整器的數控工具磨床,並配備了完善的加工軟件,可根據刀具廓形主動計算及修整砂輪外形。齒輪滾刀的車齒 、鏟齒工序均在數控車床和數控鏟齒機上進行;鏟磨齒形用數控滾刀鏟磨機床采用數控砂輪修整器修整砂輪,對於模數小於6mm的滾刀,其齒形的兩側麵、齒頂麵、齒底麵和齒頂圓弧 、齒底圓弧均可通過一次修整砂輪一次加工完成。插齒刀齒形磨削采用錐麵砂輪磨削道理(不同於我國Y7125磨床的磨削方式),可保證插齒刀修緣、沉割參數的加工精度,精確加工出齒頂圓角,同時可保證插齒刀重磨後的加工精度。剃齒刀的容屑槽采用數控梳槽機加工,該機床剛性好、衝程快,可保證剃齒刀容屑槽兩側麵的加工質量,從而延長剃齒刀的使用壽命;剃齒刀齒形采用數控剃齒刀磨床加工,可磨削各種類型的修形剃齒刀 。成形拉刀和花鍵拉刀的廓形麵分別在數控平麵磨床和數控花鍵磨床上加工,采用數控砂輪修整器修形,鏟背磨削。

刀具熱處理方麵,齒輪滾刀和插齒刀均采用真空爐淬火、回火;剃齒刀、拉刀等采用鹽浴淬火。刀具標誌大多采用數控激光打標機刻字,精致美觀。刀具包裝質量很高。

3刀具塗層材料

歐洲,刀具塗層材料和塗層技術發展很快,水平較高,利用也較為普及。目前在刀具製造中利用較廣的塗層材料首要有TiN 、TiCN、WC/C、TiAlN、TiAlN+WC/C等,其首要特性見表1。表中,TiAlN(1)為單層塗層,TiAlN(2)為複合塗層。在歐洲,刀具複合塗層(如TiAlN複合塗層)的利用範圍很廣。

塗覆時,塗層爐中有多個Ti靶和TiAl靶,兩種靶交替工作,在刀具表麵交替塗覆TiN塗層和TiAlN塗層,以獲得所需的多層複合塗層。

表1塗層材料特性

塗層材料:TiN-TiCN-WC/C-TiAlN(1)-TiAlN(2)-TiAlN+WC/C

與鋼的摩擦係數(幹式):0.4-0.4-0.2-0.4-0.4-0.2

塗層厚度(μm):1~4-1~4-1~4-1~3-2~5-2~6

最高工作溫度(℃):600-400-300-800-800-800

塗層顏色:金黃-青灰-深灰-紫灰-紫灰-深灰

通過調研考察,感到目前國內刀具技術的整體發展水平與歐洲國家仍有較大差距。但近年來國內工具廠通過不斷進行技術改造,刀具設計製造水平已有長足進步,某些技術領域和產品品種已接近或達到國外先進水平,如汽車變速箱齒輪滾刀、發動機連杆拉刀、壓縮機專用拉刀、複合齒形漸開線花鍵拉刀、剃齒刀等刀具品種已達到較高質量水平,具有了一定的市場競爭能力。中國加進WTO後,國內工具行業機遇與挑戰並存,為了捉住機遇 ,迎接挑戰,國內工具製造廠必須進一步加大技術改造力度,盡快進步本身發展水平,縮小與發達國家的差距,通過市場競爭求生存、圖發展。

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