一般來(lái)說(shuō),齒輪加工工藝過(guò)程包括材料制備,、齒坯加工,、切齒、齒面熱處理和齒面精加工等五個(gè)階段,。齒形加工和熱處理后的精加工是齒輪制造的關(guān)鍵,,也反映了齒輪制造的水平。而齒輪制造工藝的發(fā)展,,很大程度上表現(xiàn)在精度等級(jí)與生產(chǎn)效率的提高兩方面,。目前世界各國(guó)主要從齒輪加工工藝和加工設(shè)備的發(fā)展兩個(gè)方面來(lái)不斷地提高齒輪的制造水平。
2.1 硬齒面滾齒技術(shù)
在傳統(tǒng)方法中,,齒輪的硬齒面的加工需要經(jīng)過(guò)齒面的磨削加工,,由于磨齒加工效率太低,加工成本過(guò)高,,尤其對(duì)一些大直徑,,大模數(shù)的齒輪在加工上難度更大,因而從20世紀(jì)80年代起,,國(guó)內(nèi)外企業(yè)已逐漸采用硬齒面刮削作為淬硬齒輪(40~65HRC)的半精,、精加工方法。
硬齒面滾齒技術(shù)也稱(chēng)刮削齒加工,,這種工藝,,是采用一種特殊的硬質(zhì)合金滾刀,對(duì)滲碳淬火后齒面硬度為HRC58-62的齒輪齒面進(jìn)行刮削,,刮削精度可達(dá)到7級(jí),。這種方法可加工任意螺旋角,、模數(shù)1~40mm的齒輪。普通精度(6~7級(jí))硬齒面齒輪,,一般采用“滾—熱處理—刮削”工藝,,粗、精加工在同一臺(tái)滾齒機(jī)上即可完成,;齒面粗糙度要求較高的齒輪,,可在刮削后安排珩齒加工;對(duì)于高精度齒輪,,則采用“滾—熱處理—刮削—磨”工藝,用刮削作半精加工工序替代粗磨,,切除齒輪的熱處理變形,,留下小而均勻的余量進(jìn)行精磨,可以節(jié)約1/2~5/6的磨削工時(shí),,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著,。對(duì)于大模數(shù)、大直徑,、大寬度的淬硬齒輪,,因無(wú)相應(yīng)的大型磨齒機(jī),一般只能采用刮削加工,。
硬齒面刮削的特點(diǎn)是生產(chǎn)效率要比磨齒高5-6倍,,除此以外,可對(duì)熱處理滲碳淬火齒輪過(guò)大的變形量進(jìn)行磨齒前的修刮,,不僅消除了齒輪的變形量,,保證了齒輪在磨齒加工中的平穩(wěn),而且提高了磨削效率,,保護(hù)了磨齒設(shè)備的精度,。
采用硬齒面滾齒技術(shù)進(jìn)行齒輪加工時(shí),溫度控制超級(jí)重要,,因?yàn)檫^(guò)高的溫度會(huì)使刀具磨損加快且易崩刀,;因而需要通過(guò)金屬加工液來(lái)冷卻,同時(shí)沖走刀具和工件上的切削,,提高刀具壽命和工件表面加工粗糙度,。一般選用專(zhuān)門(mén)的油基切削液作為冷卻潤(rùn)滑介質(zhì),如KR-C20,,通過(guò)對(duì)粘度的適當(dāng)控制和采用優(yōu)異環(huán)保的抗磨劑來(lái)滿(mǎn)足工藝中冷卻,、清洗和潤(rùn)滑等方面的要求。
2.2干切削技術(shù)
干式切削加工即無(wú)潤(rùn)滑切削加工,,是金屬切削加工的發(fā)展趨勢(shì)之一,。該技術(shù)在上世紀(jì)80年代即開(kāi)始研究,,但一直受到機(jī)床、刀具材料的制約而發(fā)展緩慢,,近十幾年來(lái)隨著機(jī)床設(shè)計(jì)技術(shù),、硬質(zhì)合金刀具和表面涂層技術(shù)、新型陶瓷刀具,、工藝?yán)碚撗芯康陌l(fā)展,,干式切削在大幅度提升生產(chǎn)效率、明顯改善表面質(zhì)量的同時(shí),,也使生產(chǎn)成本有所下降,。
高速干式切削是在無(wú)冷卻、潤(rùn)滑油劑的作用下,,采用很高的切削速度進(jìn)行切削加工,。高速干式切削必須選用適當(dāng)?shù)那邢鳁l件。首先,,采用很高的切削速度,,盡量縮短刀具與工件間的接觸時(shí)間,再用壓縮空氣或其他類(lèi)似的方法移去切屑,,以控制工作區(qū)域的溫度,。實(shí)踐證明,當(dāng)切削參數(shù)設(shè)置正確時(shí),,切削產(chǎn)生的熱量80%可被切屑帶走,。
高速干式切削法不僅使機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊,而且大大地改善了加工環(huán)境和降低了加工費(fèi)用,。在齒輪加工中,,為進(jìn)一步延長(zhǎng)刀具壽命、提高工件質(zhì)量,,可在齒輪干式切削過(guò)程中,,每小時(shí)使用10~1000ml潤(rùn)滑油進(jìn)行微量潤(rùn)滑。這種方法產(chǎn)生的切屑可以認(rèn)為是干切屑,,工件的精度,、表面質(zhì)量和內(nèi)應(yīng)力不受微量潤(rùn)滑油的負(fù)面影響,還可以用自動(dòng)控制設(shè)備進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè),。
據(jù)資料顯示,,美國(guó)、日本,、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó).家采用干式切削的總成本是傳統(tǒng)切削工藝的70%左右,。據(jù)美國(guó)企業(yè)的統(tǒng)計(jì),在集中冷卻加工系統(tǒng)中,切削液占總成本的14%~16%,,而刀具成本只占2%~4%,。據(jù)測(cè)算,如果20%的切削加工采用干式加工,,總的制造成本可降低1.6%,。干切技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還表現(xiàn)在零件表面質(zhì)量的提高和幾何精度的改善。國(guó)外資料表明,,干切工藝的工件表面粗糙度值可以降低40%左右,,除此之外,干式切削對(duì)于資源和環(huán)境的重要意義也是不言而喻的,。德國(guó)在高速干式切削領(lǐng)域中處于超前地位,,現(xiàn)有8%左右的企業(yè)采用干式切削,這預(yù)示著高速干式滾齒技術(shù)將是未來(lái)齒輪加工發(fā)展的一個(gè)方向,。
可以預(yù)見(jiàn),,國(guó)內(nèi)在滾齒、插齒,、成型磨等加工領(lǐng)域采用干式切削技術(shù)將具潛力,隨著齒輪機(jī)床,、齒輪材料,、齒輪刀具、加工工藝的進(jìn)步,,替代傳統(tǒng)工藝只是時(shí)間問(wèn)題,。
2.3 齒輪的無(wú)屑加工
與滾齒、插齒,、剃齒和磨齒等傳統(tǒng)的齒輪齒形成形方式不同,,齒輪的無(wú)屑加工方法是利用金屬的塑性變形或粉末燒結(jié)使齒輪的齒形部分終成形或提高齒面質(zhì)量的。該方法可以分為工件在常溫下進(jìn)行加工的冷態(tài)成形和把工件加熱到1000℃左右進(jìn)行加工的熱態(tài)成形兩類(lèi),。前者包括冷軋,、冷鍛等;后者包括熱軋,、精密模鍛,、粉末冶金等。
無(wú)屑加工齒輪可以使材料利用率從切削加工的40~50%提高到80~95%以上,,生產(chǎn)率也可成倍增長(zhǎng),。但因受模具強(qiáng)度的限制,目前一般只能加工模數(shù)較小的齒輪或其他帶齒零件,,同時(shí)對(duì)精度要求較高的齒輪,,在用無(wú)屑加工成形后仍需要利用切削加工后精整齒形。無(wú)屑加工齒輪需要采用專(zhuān)門(mén)的工藝裝備,初始投資較大,,只有在生產(chǎn)批量較大時(shí)(一般達(dá)萬(wàn)件以上)才能顯著降低生產(chǎn)成本,。