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高速干式滚齿加工介绍
在齿轮制造过程中,如何应用干式滚齿技术?机床和工具的选择应注意什么?如何降低成本,提高生产效率?一位从事汽车转向器齿轮加工​的工程师与大家分享他多年的经验。
发布日期:2020 - 06 - 20 09:16:50

在齿轮制造过程中,如何应用干式滚齿技术?机床和工具的选择应注意什么?如何降低成本,提高生产效率?一位从事汽车转向器齿轮加工的工程师与大家分享他多年的经验。

齿轮干式滚齿的产生与发展

自20世纪60年代以来,世界各国都在努力利用硬质合金滚刀来改进滚齿工艺。在我国重型机械行业中,对于大模数(硬度HRC50-52)硬齿面齿轮,可保证刮齿精度,精度可达到7至8级,个别情况下也可达到6级精度。从成熟的加工经验来看,基本相当于国外水平。上世纪90年代中期,新型成形磨齿机的出现,大大提高了磨齿效率和精度,从而降低了进一步改进磨齿工艺的需要,研究工作的重点也转移到轧辊上进行批量生产——剃齿机。近年来,为了进一步提高生产效率和降低成本,特别是环保法规限制了切削液的使用和废油的处理,齿轮加工研究的重点已转向无切削液的干齿轮加工,以获得更好的社会效益和经济效益。

日本三菱、美国格里森和德国利勃海尔等公司都在干齿轮切削方面做了大量工作。三菱推出了世界上第一款干式滚齿系统,其切削速度是传统滚齿速度的两倍,达到200m/分钟,三菱专门设计了带有专利涂层的MACH7高速钢滚刀。这种涂层有助于散热和减少刀具与工件材料之间的摩擦。刀具寿命是普通湿法加工的5倍。该系统适用于汽车主减速器齿轮、大负荷齿轮、汽车小齿轮和行星齿轮的加工,降低了40%的生产成本;格林森公司采用硬质合金刀具在Phoenix机床上进行干切削加工锥齿轮的方法,切削速度可达3000r/分钟,与传统高速钢刀具相比,切削时间缩短50%,表面粗糙度明显降低。干式高速滚齿能否顺利进行,不仅仅是提高普通滚齿机的速度,切断切削液系统,还需要在切削理论上有全面突破,在刀具、机床和工艺技术上有重大改进。

高速干式滚齿加工

随着对齿轮传动速度、承载能力和使用寿命要求的不断提高,以及降低运行噪声和制造成本的需要,业界对齿轮的设计和加工提出了更高的要求。特别是近年来,HB350及以上调质硬齿面和中硬齿面齿轮的推广应用,几乎取代了软齿面齿轮,给齿轮制造和切齿机、齿轮制造带来了一定的困难。对制造设备提出了更高的要求。

高速切削的优点

1.高效率、低成本。高速干式滚齿效率是传统湿式滚齿效率的3~4倍,刀具寿命是普通湿式加工的5倍。在齿轮加工中,生产成本降低了40%。

2.绿色环保。干式滚齿由于不使用切削液,不仅节约了资源,降低了制造成本,而且消除了环境污染。符合绿色发展理念,同时也符合环保要求和环保要求。切削油对环境没有污染。

3.这种机床结构很紧凑。干滚削消除了油屑分离过程,无需冷却油箱和油屑分离装置及相应的电气设备,机床结构紧凑,占地面积小。

4.节省后续处理的成本。因为这个过程是干切削,空气被用来冷却,工件表面没有冷却液残留。以后无需清洗工件,省去了清洗工序,降低制造成本。

干式滚齿关键技术

与湿切削相比,干切削有一个共同的特点:提高切削速度,尽量减少刀具与切屑的接触时间,使切削产生的热量尽可能地被切屑和冷却空气带走。因此,干式滚齿应用中的关键技术都与此相关,包括机床、刀具和工艺参数三个方面。

1.机床选择

在滚齿机上进行干式高速滚齿加工,除应满足强度、刚度和抗振性的基本要求外,还应满足以下条件:提供足够高的切削速度和切削功率、合理的风冷方式和冷却点分布,以保证滚齿机的工作性能提高工件质量,延长滚刀寿命。

我司采用三菱GE15A立式滚齿机,实现全干切削的齿轮加工机床。GE15A可加工直径小于150毫米的齿轮。无切削液干加工的主要特点是对环境污染小。采用超干切削滚齿技术实现高效、高精度的切削。不锈钢阀体盖为标准件,加工区域封闭。完善的防芯片措施。

高速干式滚齿加工

2.刀具选择

干切削滚刀以硬质合金或高速钢为原料,用什么成分和牌号,涂什么涂层,热处理硬度值,刃后加工要求,可达到的滚齿速度和切削量,使用后这些材料的磨损特性是什么,在选择刀具时需要考虑这些因素确保刀具寿命、更换周期和经济性。

经综合考虑,我公司选用三菱专用干切削刀具,材质为:MACH 7,该材料是三菱公司专门开发的干切削工件的刀具材料,能满足齿轮的一般干切削要求,该材料的热处理硬度为:HRC65.5~66.5。该工具的精度为:AA级。

刀具涂层要求:为了提高刀具寿命和切削速度,必须对刀具进行涂层处理。考虑到刀具磨削后需要重新涂层,必须选择涂层材料。应注意的是,涂层材料不能与工具体材料发生化学反应,且具有可再处理性。综合考虑,我公司选用BALZERS公司的AlCrN涂层材料,涂层颜色为亮灰色,涂层后刀具表面硬度达到3200HV,最高工作温度可达1100℃,切削速度可达500m/min,省略了工件和刀具的参数。

3.切削参数的选择

滚齿工艺参数的选择应根据齿轮的技术要求和生产批量的大小来确定。我公司的齿轮加工是批量生产,我们在制定工艺参数时,必须满足生产周期,以确保每班产量满足客户需求。

通过以上工艺参数的比较,发现在工件精度相同的情况下,干切削加工效率较高,保证了生产周期。同时,为了保证干切削的正常工作,必须在刀具磨削后进行涂层处理,以提高刀具的使用寿命。每件工件的刀具成本=[刀具购置成本+刀具磨削次数×(修整成本+刀具涂层成本)]÷(新加工工件数+刀具磨削后加工工件数×刀具磨削次数),经计算,湿切削时每件刀具成本为0.7941元,每件刀具成本为0.7941元干切削时工件刀具为0.2522元,大大降低了成本。

总结

从滚齿加工效果和加工工艺来看,湿切削可以满足一个产品的精度要求,但与干切削相比,后者的优点非常突出:一是冷却方式不同,干切削可以减少冷却油的用量,减少环境污染,还可以降低冷却液的成本;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,涂层后刀具使用寿命可提高7倍,相应地可以减少换刀次数,减少停机时间,提高生产效率。第四,与滚齿方式相比,干式滚齿的总体生产成本可降低50%左右。

关键字: 滚齿加工
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