硬齿面滚齿工艺及滚刀的设计

     随着生产力的不断发展，齿轮传动正朝着高速、重载、高精度的方向发展，越来越多的齿轮传动采用承载能力大、抗点蚀性能好的硬齿面齿轮。国外发达国家的工业齿轮，经表面淬火和整体淬火硬度在350HBS以上的硬齿面几乎已*取代硬度低于350HBS的软齿面。我国自80年代以来，开始推广硬齿面齿轮的应用。

     1、硬齿面滚齿工艺

     采用硬质合金滚刀对硬齿面进行加工，革新了传统的硬齿面精加工工艺。首先，对于高精度的磨齿齿轮来说，硬齿面滚齿能用很高的效率代替粗磨工序，切除轮齿的热处理变形，留下小而均匀的余量进行精磨，从而大大地提高了磨齿效率。其次，对于珩齿齿轮来说，在珩齿前安排硬齿面滚齿，可以切除热处理变形，达到必要的精度，再进行珩齿加工，以充分发挥珩齿工艺光整加工的特长，弥补滚齿加工的不足。再次，对于普通精度的淬硬齿轮来说，可以用硬质合金滚刀直接进行精滚加工，以zui低的成本保证齿轮加工精度，这一点对于大、中型齿轮更有其技术经济意义。

    硬齿面滚齿加工的工艺路线大致如下：

    •磨齿齿轮（3～6级）：滚齿→淬火→硬齿面半精滚→磨齿；
    •珩齿齿轮（6～7级）：滚齿→淬火→硬齿面半精滚→珩齿；
    •普通精度齿轮（7～9级）：滚齿→淬火→硬齿面精滚

    硬齿面滚齿工艺的加工精度除了齿形精度外，其它项目均可达到3～5级精度。

    造成齿形精度难以进一步提高的原因主要有两个方面，一是滚齿机的稳定性和传动刚度差,二是制造高精度硬质合金滚刀存在一定的困难，特别是大负前角的滚刀在重磨后齿形变化很大。为此，需要对滚刀的结构和参数进行精心设计和计算，对重磨后的齿形精度进行分析，并提出改进措施。

    2、硬质合金滚刀设计

    1） 滚刀材料

    硬齿面滚齿加工的特点是：工件硬度高、切削过程断续和切削层很薄，在切削过程中，刀具承受着较大的冲击载荷、较高的切削温度和强烈的摩擦，因此，对刀具切削部分材料的冲击韧性、耐磨性和耐热性的要求就很高。日本的硬质合金滚刀专家相蒲教授等通过试验，推荐采用P20类硬质合金，相当于我国国产牌号YT14，该材料具有较高的耐磨性，再添加碳化锂等高温碳化物来提高刀片的冲击韧性和耐磨性，以获得良好的切削性能。

    2） 滚刀的结构形式

    目前，世界各国所设计的硬质合金滚刀，其结构主要有3种：整体式、机夹式、焊接式。

    a. 整体式硬质合金滚刀

    其优点是刚性强，机械加工省时，可做到较高精度。但受整体压形工艺限制，目前只能做到外径85mm的滚刀，且损耗昂贵的硬质合金较多，成本高，只宜做模数m=3mm以下的滚刀。

    b. 机夹式硬质合金滚刀

    机夹式结构比较复杂，夹紧可靠性也较差，特别是在加工大模数淬硬齿轮时，齿面的挤压力较大，且交变作用显著，因此对刀片的夹紧要求较高。我国韶关工具厂生产的硬质合金滚刀就是此类结构。这种结构可用于前角g=0°～-30°的各类中模数（m1～6）硬质合金滚刀，切削效果很好。

    c. 焊接式硬质合金滚刀

    其优点是结构简单，联接强度高，而且硬质合金刀片烧结容易，材料节省，应用较广泛。但由于焊接应力引起的裂纹一直是产品质量不稳定的因素，因此需要较高的焊接技术，近年来日本对此问题解决较好，并已在生产中应用。我国重庆、汉江等工具厂采用这种结构。

    3） 滚刀前角

    由于硬质合金的冲击韧性较差，因此，在硬齿面滚齿时，极易产生崩刃，崩刃是硬质合金滚刀要解决的主要问题。为此，设计滚刀时，采用大负前角的特殊形式。

    确定前角时要考虑两点：

    •刀具刃磨后齿形精度的保持性；
    •提高刀齿抗崩刃的能力，降低刀刃磨损。