硬切削技術(shù)在硬齒面齒輪加工中的應(yīng)用研究

沙蘇林

摘 要：硬切削技術(shù)作為生產(chǎn)加工技術(shù)的一種，體現(xiàn)了較強(qiáng)的先進(jìn)性，能夠銑削和車(chē)削硬度較高的金屬材料。近年來(lái)，硬切削加工技術(shù)取得了良好的應(yīng)用效果，展現(xiàn)出了較強(qiáng)的環(huán)保、節(jié)能及高效技術(shù)優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于硬齒面齒輪加工中，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。本文對(duì)硬切削技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要技術(shù)，分析硬切削技術(shù)特點(diǎn)及硬齒面齒輪加工技術(shù)，詳細(xì)分析了硬切削技術(shù)在硬齒面齒輪加工中的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：硬切削技術(shù);硬齒面齒輪加工;齒輪定位面;齒輪齒形精加工

前言：齒輪是動(dòng)力及傳遞運(yùn)動(dòng)中的一種基礎(chǔ)元件，在硬齒面齒輪加工中展現(xiàn)出了十分重要的作用?，F(xiàn)階段，齒輪在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中用硬齒面來(lái)替代軟齒面，硬齒面齒輪的齒面硬度相較于HRC40齒輪較大，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程體現(xiàn)出了多種優(yōu)勢(shì)特征，包括其體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等，另外還具有承載能力大、傳動(dòng)質(zhì)量好及相對(duì)使用成本低等優(yōu)勢(shì)。但是齒輪在經(jīng)過(guò)淬硬處理時(shí)，無(wú)法避免會(huì)出現(xiàn)變形情況，副傳動(dòng)過(guò)程中齒輪存在噪聲大、工作效率低的問(wèn)題，因此在硬齒面齒輪加工中應(yīng)用硬切削技術(shù)是必要的手段之一。

一、硬切削技術(shù)介紹

硬切削技術(shù)針對(duì)的是硬度較大的材料進(jìn)行切削加工的技術(shù)手段，包括球墨鑄鐵、淬硬鋼、粉末冶金等，該種技術(shù)通常被廣泛應(yīng)用于精加工及半精加工的一種工藝方法，在進(jìn)行切削加工期間一般是使用超硬的刀具來(lái)進(jìn)行。國(guó)際上對(duì)硬切削技術(shù)進(jìn)行研究的時(shí)間為20世紀(jì)80年代初期，該項(xiàng)概念致力于研究相關(guān)的機(jī)理。硬切削的概念及特點(diǎn)提出的時(shí)間為1993年，該項(xiàng)概念分別由德國(guó)和美國(guó)提出。在1996年10月份舉辦的VDI專(zhuān)家討論會(huì)中，對(duì)硬切削加工在汽車(chē)工業(yè)機(jī)器相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用合理化及應(yīng)用潛力進(jìn)行分析。現(xiàn)如今，硬切削技術(shù)逐漸發(fā)展，其精密效果增強(qiáng)，干式切削和高速切削優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，與精密加工相結(jié)合成為了一種高效經(jīng)濟(jì)的加工工藝。我國(guó)的相關(guān)研究學(xué)者也開(kāi)始了更加深入的研究，針對(duì)硬切削技術(shù)的原理和刀具的切削性能等深入探索，逐漸取得了一定的顯著成績(jī)[1]。

二、硬切削技術(shù)特點(diǎn)

硬切削技術(shù)在硬齒面齒輪加工中應(yīng)用，展現(xiàn)出了以下特點(diǎn)：

（一）工藝柔性良好

硬切削技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)需使用專(zhuān)用的刀具、機(jī)床及夾具，各項(xiàng)操作可在現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行操作，磨削加工技術(shù)相較于磨床使用價(jià)格更高。

（二）經(jīng)濟(jì)性好，生產(chǎn)效率高

硬切削技術(shù)在開(kāi)展切削加工時(shí)，需要借助超硬的刀具來(lái)開(kāi)展加工工作，刀具的切削速度每分鐘為250m，在單位時(shí)間內(nèi)，會(huì)明顯提升金屬去除率，大大提高了生產(chǎn)效率，最大程度的縮短加工的時(shí)間成本，和磨削加工相比，硬切削技術(shù)的成本僅是磨削加工的1/4。

（三）環(huán)保性能好

由于刀具材料性能及數(shù)控機(jī)床性能的提升，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)采用干式切削與硬切削相結(jié)合模式，在磨削加工過(guò)程中避免出現(xiàn)無(wú)法重復(fù)利用磨屑及冷卻液混合物的情況，提高了硬切削產(chǎn)生的磨屑利用效率，實(shí)現(xiàn)了資源利用最大化，提高了整體加工過(guò)程的環(huán)保性。硬切削技術(shù)在經(jīng)過(guò)了20多年來(lái)的發(fā)展及應(yīng)用，促使刀具成本大大降低，性能明顯提升，并且在國(guó)內(nèi)外硬切削技術(shù)取得了良好的應(yīng)用效果及質(zhì)量，應(yīng)大力推廣及使用。

三、硬齒面齒輪加工技術(shù)

（一）滾齒加工

滾齒加工作為一種高效及應(yīng)用廣泛的齒廓加工方式，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中加工方式是以交錯(cuò)軸斜齒輪嚙合為原理，被應(yīng)用到加工軟齒面的生產(chǎn)中，取得了顯著的應(yīng)用效果。為了提高滾齒機(jī)的剛性，需運(yùn)用先進(jìn)的刀具涂層技術(shù)、高性能高速鋼技術(shù)和硬質(zhì)合金技術(shù)。通常將齒面的硬度控制在HRC40-64，齒輪加工方式以精滾加工及半精滾加工方式為主，通過(guò)預(yù)加工環(huán)節(jié)去掉淬火變形量后，縮短整體的磨齒工時(shí)，齒輪的疲勞強(qiáng)度能夠大大提升[2]。

（二）插齒加工

硬齒面齒輪加工技術(shù)中的插齒加工是切齒方法的一種，在應(yīng)用插齒加工技術(shù)的過(guò)程中應(yīng)用到的插齒刀具主要以齒輪狀、齒條狀的刀具為主，和被加工的齒輪同時(shí)使用，在合理的速度范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。沿著齒長(zhǎng)方向，刀具通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行切削加工，此加工方式的應(yīng)用范圍廣泛，包括多聯(lián)齒輪和內(nèi)齒輪加工中均應(yīng)用到了此種加工方式。精插削過(guò)程中使用到了硬齒面齒輪，針對(duì)硬質(zhì)合金插齒刀，通過(guò)精加工和熱處理環(huán)節(jié)，以HRC45-64為硬齒面齒輪的原材料。在實(shí)際的插齒加工技術(shù)應(yīng)用中，整體的工藝操作過(guò)程具有低成本、高效率的優(yōu)勢(shì)，操作過(guò)程簡(jiǎn)單方便，針對(duì)直齒外齒輪、帶臺(tái)肩齒輪、硬齒面的內(nèi)齒輪的加工發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

（三）剃齒加工

剃齒加工屬于一種精加工方式，加工的對(duì)象以斜齒輪和直齒輪為主，在實(shí)際的加工過(guò)程中主要是采用剃齒刀加工方式，有助于促進(jìn)齒輪質(zhì)量的提升，齒輪的精度可高達(dá)5-7級(jí)，有助于促進(jìn)剃齒刀生產(chǎn)效率及耐用度的提升。普通的剃齒法一般僅適合應(yīng)用于軟齒面精加工中，在硬齒面加工中不能取得良好的應(yīng)用效果。硬齒面剃齒法作為一種新型的加工技術(shù)，其在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，相較于普通剃齒，刀具與工件能夠?qū)崿F(xiàn)高速同步運(yùn)動(dòng)。一般在剃齒加工中主要是使用硬度為HRC50的中硬齒面精加工方式，所使用的材料以高性能高速鋼為主。

四、硬切削技術(shù)在硬齒面齒輪加工中的應(yīng)用

（一）在硬齒面齒輪定位面精加工中的應(yīng)用

針對(duì)淬硬后的齒輪加工，在開(kāi)始精加工的初期首先加工齒形，采取精加工定位基準(zhǔn)面的方式，對(duì)多個(gè)部位展開(kāi)作業(yè)，例如內(nèi)孔、外圓及端面，通常需要將磨削加工技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的加工工藝中。磨削加工技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中效率較低，影響環(huán)保效果及質(zhì)量。而將硬切削工藝應(yīng)用于硬齒面齒輪加工中，直接解決了這一難題，例如針對(duì)高速重載齒輪的作業(yè)，當(dāng)需要進(jìn)行硬切削定位時(shí)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，使用的原材料通常為20CrMnTiH，將表面滲碳淬火后的硬度控制在58-62HRC。此工序加工中，當(dāng)熱處理結(jié)束后，再進(jìn)行外圓磨床磨削加工，之后再將硬切削加工技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控車(chē)床加工上，應(yīng)用到的刀具是PCBN刀片材料，完成了裝夾加工作業(yè)后，使其符合圖紙上關(guān)于表面粗糙度Ra0.8的相關(guān)要求。不斷改進(jìn)和優(yōu)化此工藝后，實(shí)現(xiàn)了“以車(chē)代磨”，大大降低了總體的零件加工成本投入，提高了生產(chǎn)加工的質(zhì)量和效率[3]。

（二）在硬齒面齒輪齒形精加工上的應(yīng)用

硬切削技術(shù)被廣泛普及和應(yīng)用到了硬齒面齒輪淬硬后的齒輪齒形精加工中，降低了齒輪加工的總成本投入，保證一定的齒輪加工效率。例如，在實(shí)踐過(guò)程中，需要將重載減速箱的齒輪精度調(diào)整為6級(jí)，并對(duì)其進(jìn)行熱處理，其精加工方法主要是通過(guò)成型磨削來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于本身具有較大的余量，極易受熱處理變形影響，進(jìn)而引發(fā)余量不均情況的產(chǎn)生，在對(duì)其進(jìn)行磨削處理時(shí)，極易引發(fā)齒輪表面出現(xiàn)磨削燒傷情況。采取粗磨加精磨的工藝方式，能夠避免出現(xiàn)磨削燒傷的情況，但是整體的產(chǎn)品成本投入有所增加，降低了生產(chǎn)總效率。因此，通過(guò)綜合分析后，在進(jìn)行硬刮削加工之后，再實(shí)施精磨工藝方案，刮刀的材料為硬質(zhì)合金，通過(guò)對(duì)刮削進(jìn)行切削，將熱處理后的余量去掉，保留均勻的余量后，提高精加工的精度，將成型磨削的精度提高至6級(jí)，有助于確保“以刮代磨”的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)方案進(jìn)行不斷的改進(jìn)及加工，加工方式以熱處理為主，使其發(fā)生變形形成較大的尺寸齒輪，有助于提升生產(chǎn)效率[4]。

結(jié)論：國(guó)內(nèi)外均對(duì)硬齒面齒輪形精加工的硬切削工藝技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并且取得了良好的應(yīng)用效果。硬切削技術(shù)在硬齒面齒輪加工中取得了良好的應(yīng)用效果，被廣泛應(yīng)用于硬齒面齒輪定位面精加工及硬齒面齒輪齒形精加工中，改進(jìn)了傳統(tǒng)的齒輪加工方式，強(qiáng)化了硬切削技術(shù)在硬齒面齒輪加工中的應(yīng)用有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晨， 路陽(yáng). 硬齒面滾齒工藝在輪拖齒輪軸加工中的應(yīng)用[J]. 山東工業(yè)技術(shù)， 2017（10）：20-20.

[2]劉貴元. 探究硬齒面齒輪加工技術(shù)進(jìn)展及展望[J]. 工程技術(shù)：引文版， 2016（12）：244-00244.

[3]王春陽(yáng). 硬齒面齒輪加工技術(shù)研究[J]. 南方農(nóng)機(jī)， 2019， 50（12）：169.

[4]白城. 硬齒面齒輪加工技術(shù)進(jìn)展及展望[J]. 四川水泥， 2016， （7）：133-133.

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