在齒輪制造過(guò)程中，如何應(yīng)用干式滾齒技術(shù)？機(jī)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(yàn)。

齒輪干式滾齒的產(chǎn)生與發(fā)展

自20世紀(jì)60年代以來(lái)，世界各國(guó)都在努力利用硬質(zhì)合金滾刀來(lái)改進(jìn)滾齒工藝。在我國(guó)重型機(jī)械行業(yè)中，對(duì)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(dá)到7至8級(jí)，個(gè)別情況下也可達(dá)到6級(jí)精度。從成熟的加工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，基本相當(dāng)于國(guó)外水平。上世紀(jì)90年代中期，新型成形磨齒機(jī)的出現(xiàn)，大大提高了磨齒效率和精度，從而降低了進(jìn)一步改進(jìn)磨齒工藝的需要，研究工作的重點(diǎn)也轉(zhuǎn)移到軋輥上進(jìn)行批量生產(chǎn)——剃齒機(jī)。近年來(lái)，為了進(jìn)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(diǎn)已轉(zhuǎn)向無(wú)切削液的干齒輪加工，以獲得更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

日本三菱、美國(guó)格里森和德國(guó)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(dá)到200m/分鐘，三菱專門(mén)設(shè)計(jì)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(fù)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(jī)床上進(jìn)行干切削加工錐齒輪的方法，切削速度可達(dá)3000r/分鐘，與傳統(tǒng)高速鋼刀具相比，切削時(shí)間縮短50%，表面粗糙度明顯降低。干式高速滾齒能否順利進(jìn)行，不僅僅是提高普通滾齒機(jī)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(jī)床和工藝技術(shù)上有重大改進(jìn)。

隨著對(duì)齒輪傳動(dòng)速度、承載能力和使用壽命要求的不斷提高，以及降低運(yùn)行噪聲和制造成本的需要，業(yè)界對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)和加工提出了更高的要求。特別是近年來(lái)，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(jī)、齒輪制造帶來(lái)了一定的困難。對(duì)制造設(shè)備提出了更高的要求。

高速切削的優(yōu)點(diǎn)

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(shí)也符合環(huán)保要求和環(huán)保要求。切削油對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。

3.這種機(jī)床結(jié)構(gòu)很緊湊。干滾削消除了油屑分離過(guò)程，無(wú)需冷卻油箱和油屑分離裝置及相應(yīng)的電氣設(shè)備，機(jī)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?yàn)檫@個(gè)過(guò)程是干切削，空氣被用來(lái)冷卻，工件表面沒(méi)有冷卻液殘留。以后無(wú)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(gè)共同的特點(diǎn)：提高切削速度，盡量減少刀具與切屑的接觸時(shí)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(jī)床、刀具和工藝參數(shù)三個(gè)方面。

1.機(jī)床選擇

在滾齒機(jī)上進(jìn)行干式高速滾齒加工，除應(yīng)滿足強(qiáng)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(diǎn)分布，以保證滾齒機(jī)的工作性能提高工件質(zhì)量，延長(zhǎng)滾刀壽命。

我司采用三菱GE15A立式滾齒機(jī)，實(shí)現(xiàn)全干切削的齒輪加工機(jī)床。GE15A可加工直徑小于150毫米的齒輪。無(wú)切削液干加工的主要特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境污染小。采用超干切削滾齒技術(shù)實(shí)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(hào)，涂什么涂層，熱處理硬度值，刃后加工要求，可達(dá)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(shí)需要考慮這些因素確保刀具壽命、更換周期和經(jīng)濟(jì)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(mén)開(kāi)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(jí)。

刀具涂層要求：為了提高刀具壽命和切削速度，必須對(duì)刀具進(jìn)行涂層處理。考慮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(dá)到3200HV，最高工作溫度可達(dá)1100℃，切削速度可達(dá)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(lái)確定。我公司的齒輪加工是批量生產(chǎn)，我們?cè)谥贫üに噮?shù)時(shí)，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(guò)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(shí)，為了保證干切削的正常工作，必須在刀具磨削后進(jìn)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(gòu)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(jì)算，濕切削時(shí)每件刀具成本為0.7941元，每件刀具成本為0.7941元干切削時(shí)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(lái)看，濕切削可以滿足一個(gè)產(chǎn)品的精度要求，但與干切削相比，后者的優(yōu)點(diǎn)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(jī)時(shí)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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