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齿轮加工技术的新发展

文章出处: 人气:发表时间:2018-06-26 16:24
 一般来说,齿轮加工工艺过程包括材料制备、齿坯加工、切齿、齿面热处理和齿面精加工等五个阶段。齿形加工和热处理后的精加工是齿轮制造的关键,也反映了齿轮制造的水平。而齿轮制造工艺的发展,很大程度上表现在精度等级与生产效率的提高两方面。目前世界各国主要从齿轮加工工艺和加工设备的发展两个方面来不断地提高齿轮的制造水平。
   2.1 硬齿面滚齿技术
   在传统方法中,齿轮的硬齿面的加工需要经过齿面的磨削加工,由于磨齿加工效率太低,加工成本过高,尤其对一些大直径,大模数的齿轮在加工上难度更大,因而从20世纪80年代起,国内外企业已逐渐采用硬齿面刮削作为淬硬齿轮(40~65HRC)的半精、精加工方法。
   硬齿面滚齿技术也称刮削齿加工,这种工艺,是采用一种特殊的硬质合金滚刀,对渗碳淬火后齿面硬度为HRC58-62的齿轮齿面进行刮削,刮削精度可达到7级。这种方法可加工任意螺旋角、模数1~40mm的齿轮。普通精度(6~7级)硬齿面齿轮,一般采用“滚—热处理—刮削”工艺,粗、精加工在同一台滚齿机上即可完成;齿面粗糙度要求较高的齿轮,可在刮削后安排珩齿加工;对于高精度齿轮,则采用“滚—热处理—刮削—磨”工艺,用刮削作半精加工工序替代粗磨,切除齿轮的热处理变形,留下小而均匀的余量进行精磨,可以节约1/2~5/6的磨削工时,经济效益十分显著。对于大模数、大直径、大宽度的淬硬齿轮,因无相应的大型磨齿机,一般只能采用刮削加工。
   硬齿面刮削最大的特点是生产效率要比磨齿高5-6倍,除此以外,可对热处理渗碳淬火齿轮过大的变形量进行磨齿前的修刮,不仅消除了齿轮的变形量,保证了齿轮在磨齿加工中的平稳,而且提高了磨削效率,保护了磨齿设备的精度。
   采用硬齿面滚齿技术进行齿轮加工时,温度控制极为重要,因为过高的温度会使刀具磨损加快且易崩刀;因而需要通过金属加工液来冷却,同时冲走刀具和工件上的切削,提高刀具寿命和工件表面加工粗糙度。一般选用专用的油基切削液作为冷却润滑介质,如KR-C20,通过对粘度的适当控制和采用优异环保的极压抗磨剂来满足工艺中冷却、清洗和润滑等方面的要求。
   2.2干切削技术
   干式切削加工即无润滑切削加工,是金属切削加工的发展趋势之一。该技术在上世纪80年代即开始研究,但一直受到机床、刀具材料的制约而发展缓慢,近十几年来随着机床设计技术、硬质合金刀具和表面涂层技术、新型陶瓷刀具、工艺理论研究的发展,干式切削在大幅度提升生产效率、明显改善表面质量的同时,也使生产成本有所下降。
   高速干式切削是在无冷却、润滑油剂的作用下,采用很高的切削速度进行切削加工。高速干式切削必须选用适当的切削条件。首先,采用很高的切削速度,尽量缩短刀具与工件间的接触时间,再用压缩空气或其他类似的方法移去切屑,以控制工作区域的温度。实践证明,当切削参数设置正确时,切削产生的热量80%可被切屑带走。
   高速干式切削法不仅使机床结构紧凑,而且极大地改善了加工环境和降低了加工费用。在齿轮加工中,为进一步延长刀具寿命、提高工件质量,可在齿轮干式切削过程中,每小时使用10~1000ml润滑油进行微量润滑。这种方法产生的切屑可以认为是干切屑,工件的精度、表面质量和内应力不受微量润滑油的负面影响,还可以用自动控制设备进行过程监测。
   据资料显示,美国、日本、德国等发达国家采用干式切削的总成本是传统切削工艺的70%左右。据美国企业的统计,在集中冷却加工系统中,切削液占总成本的14%~16%,而刀具成本只占2%~4%。据测算,如果20%的切削加工采用干式加工,总的制造成本可降低1.6%。干切技术的优势还表现在零件表面质量的提高和几何精度的改善。国外资料表明,干切工艺的工件表面粗糙度值可以降低40%左右,除此之外,干式切削对于资源和环境的重要意义也是不言而喻的。德国在高速干式切削领域中处于领先地位,现有8%左右的企业采用干式切削,这预示着高速干式滚齿技术将是未来齿轮加工发展的一个方向。
   可以预见,国内在滚齿、插齿、成型磨等加工领域采用干式切削技术将极具潜力,随着齿轮机床、齿轮材料、齿轮刀具、加工工艺的进步,替代传统工艺只是时间问题。
   2.3 齿轮的无屑加工
   与滚齿、插齿、剃齿和磨齿等传统的齿轮齿形成形方式不同,齿轮的无屑加工方法是利用金属的塑性变形或粉末烧结使齿轮的齿形部分最终成形或提高齿面质量的。该方法可以分为工件在常温下进行加工的冷态成形和把工件加热到1000℃左右进行加工的热态成形两类。前者包括冷轧、冷锻等;后者包括热轧、精密模锻、粉末冶金等。
   无屑加工齿轮可以使材料利用率从切削加工的40~50%提高到80~95%以上,生产率也可成倍增长。但因受模具强度的限制,目前一般只能加工模数较小的齿轮或其他带齿零件,同时对精度要求较高的齿轮,在用无屑加工成形后仍需要利用切削加工最后精整齿形。无屑加工齿轮需要采用专用的工艺装备,初始投资较大,只有在生产批量较大时(一般达万件以上)才能显著降低生产成本。
 
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