在齒輪制造過程中，如何應(yīng)用干式滾齒技術(shù)？機床和工具的選擇應(yīng)注意什么？如何降低成本，提高生產(chǎn)效率？一位從事汽車轉(zhuǎn)向器齒輪加工的工程師與大家分享他多年的經(jīng)驗。

齒輪干式滾齒的產(chǎn)生與發(fā)展

自20世紀(jì)60年代以來，世界各國都在努力利用硬質(zhì)合金滾刀來改進滾齒工藝。在我國重型機械行業(yè)中，對于大模數(shù)（硬度HRC50-52）硬齒面齒輪，可保證刮齒精度，精度可達到7至8級，個別情況下也可達到6級精度。從成熟的加工經(jīng)驗來看，基本相當(dāng)于國外水平。上世紀(jì)90年代中期，新型成形磨齒機的出現(xiàn)，大大提高了磨齒效率和精度，從而降低了進一步改進磨齒工藝的需要，研究工作的重點也轉(zhuǎn)移到軋輥上進行批量生產(chǎn)——剃齒機。近年來，為了進一步提高生產(chǎn)效率和降低成本，特別是環(huán)保法規(guī)限制了切削液的使用和廢油的處理，齒輪加工研究的重點已轉(zhuǎn)向無切削液的干齒輪加工，以獲得更好的社會效益和經(jīng)濟效益。

日本三菱、美國格里森和德國利勃海爾等公司都在干齒輪切削方面做了大量工作。三菱推出了世界上第一款干式滾齒系統(tǒng)，其切削速度是傳統(tǒng)滾齒速度的兩倍，達到200m/分鐘，三菱專門設(shè)計了帶有專利涂層的MACH7高速鋼滾刀。這種涂層有助于散熱和減少刀具與工件材料之間的摩擦。刀具壽命是普通濕法加工的5倍。該系統(tǒng)適用于汽車主減速器齒輪、大負荷齒輪、汽車小齒輪和行星齒輪的加工，降低了40%的生產(chǎn)成本；格林森公司采用硬質(zhì)合金刀具在Phoenix機床上進行干切削加工錐齒輪的方法，切削速度可達3000r/分鐘，與傳統(tǒng)高速鋼刀具相比，切削時間縮短50%，表面粗糙度明顯降低。干式高速滾齒能否順利進行，不僅僅是提高普通滾齒機的速度，切斷切削液系統(tǒng)，還需要在切削理論上有全面突破，在刀具、機床和工藝技術(shù)上有重大改進。

隨著對齒輪傳動速度、承載能力和使用壽命要求的不斷提高，以及降低運行噪聲和制造成本的需要，業(yè)界對齒輪的設(shè)計和加工提出了更高的要求。特別是近年來，HB350及以上調(diào)質(zhì)硬齒面和中硬齒面齒輪的推廣應(yīng)用，幾乎取代了軟齒面齒輪，給齒輪制造和切齒機、齒輪制造帶來了一定的困難。對制造設(shè)備提出了更高的要求。

高速切削的優(yōu)點

1.高效率、低成本。高速干式滾齒效率是傳統(tǒng)濕式滾齒效率的3～4倍，刀具壽命是普通濕式加工的5倍。在齒輪加工中，生產(chǎn)成本降低了40%。

2.綠色環(huán)保。干式滾齒由于不使用切削液，不僅節(jié)約了資源，降低了制造成本，而且消除了環(huán)境污染。符合綠色發(fā)展理念，同時也符合環(huán)保要求和環(huán)保要求。切削油對環(huán)境沒有污染。

3.這種機床結(jié)構(gòu)很緊湊。干滾削消除了油屑分離過程，無需冷卻油箱和油屑分離裝置及相應(yīng)的電氣設(shè)備，機床結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

4.節(jié)省后續(xù)處理的成本。因為這個過程是干切削，空氣被用來冷卻，工件表面沒有冷卻液殘留。以后無需清洗工件，省去了清洗工序，降低制造成本。

干式滾齒關(guān)鍵技術(shù)

與濕切削相比，干切削有一個共同的特點：提高切削速度，盡量減少刀具與切屑的接觸時間，使切削產(chǎn)生的熱量盡可能地被切屑和冷卻空氣帶走。因此，干式滾齒應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)都與此相關(guān)，包括機床、刀具和工藝參數(shù)三個方面。

1.機床選擇

在滾齒機上進行干式高速滾齒加工，除應(yīng)滿足強度、剛度和抗振性的基本要求外，還應(yīng)滿足以下條件：提供足夠高的切削速度和切削功率、合理的風(fēng)冷方式和冷卻點分布，以保證滾齒機的工作性能提高工件質(zhì)量，延長滾刀壽命。

我司采用三菱GE15A立式滾齒機，實現(xiàn)全干切削的齒輪加工機床。GE15A可加工直徑小于150毫米的齒輪。無切削液干加工的主要特點是對環(huán)境污染小。采用超干切削滾齒技術(shù)實現(xiàn)高效、高精度的切削。不銹鋼閥體蓋為標(biāo)準(zhǔn)件，加工區(qū)域封閉。完善的防芯片措施。

2.刀具選擇

干切削滾刀以硬質(zhì)合金或高速鋼為原料，用什么成分和牌號，涂什么涂層，熱處理硬度值，刃后加工要求，可達到的滾齒速度和切削量，使用后這些材料的磨損特性是什么，在選擇刀具時需要考慮這些因素確保刀具壽命、更換周期和經(jīng)濟性。

經(jīng)綜合考慮，我公司選用三菱專用干切削刀具，材質(zhì)為：MACH 7，該材料是三菱公司專門開發(fā)的干切削工件的刀具材料，能滿足齒輪的一般干切削要求，該材料的熱處理硬度為：HRC65.5～66.5。該工具的精度為：AA級。

刀具涂層要求：為了提高刀具壽命和切削速度，必須對刀具進行涂層處理?？紤]到刀具磨削后需要重新涂層，必須選擇涂層材料。應(yīng)注意的是，涂層材料不能與工具體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且具有可再處理性。綜合考慮，我公司選用BALZERS公司的AlCrN涂層材料，涂層顏色為亮灰色，涂層后刀具表面硬度達到3200HV，最高工作溫度可達1100℃，切削速度可達500m/min，省略了工件和刀具的參數(shù)。

3.切削參數(shù)的選擇

滾齒工藝參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)齒輪的技術(shù)要求和生產(chǎn)批量的大小來確定。我公司的齒輪加工是批量生產(chǎn)，我們在制定工藝參數(shù)時，必須滿足生產(chǎn)周期，以確保每班產(chǎn)量滿足客戶需求。

通過以上工藝參數(shù)的比較，發(fā)現(xiàn)在工件精度相同的情況下，干切削加工效率較高，保證了生產(chǎn)周期。同時，為了保證干切削的正常工作，必須在刀具磨削后進行涂層處理，以提高刀具的使用壽命。每件工件的刀具成本＝[刀具購置成本+刀具磨削次數(shù)×（修整成本+刀具涂層成本）]÷（新加工工件數(shù)+刀具磨削后加工工件數(shù)×刀具磨削次數(shù)），經(jīng)計算，濕切削時每件刀具成本為0.7941元，每件刀具成本為0.7941元干切削時工件刀具為0.2522元，大大降低了成本。

總結(jié)

從滾齒加工效果和加工工藝來看，濕切削可以滿足一個產(chǎn)品的精度要求，但與干切削相比，后者的優(yōu)點非常突出：一是冷卻方式不同，干切削可以減少冷卻油的用量，減少環(huán)境污染，還可以降低冷卻液的成本；二是干切削加工完成后，可直接淬火工件，省去了清洗工件表面切削油的工序；三是干切削加工效率可提高30%左右，涂層后刀具使用壽命可提高7倍，相應(yīng)地可以減少換刀次數(shù)，減少停機時間，提高生產(chǎn)效率。第四，與滾齒方式相比，干式滾齒的總體生產(chǎn)成本可降低50%左右。

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