齒輪加工工藝介紹

跟著近幾年齒輪加工技能的開展，齒輪資料、齒輪刀具制作和磨齒砂輪的工藝的改進、齒輪機床在精加工齒輪的精度及加工功率方面都有了很大的進步，速度之快出乎幻想。

跟著近幾年齒輪加工技能的開展，齒輪資料、齒輪刀具制作和磨齒砂輪的工藝的改進、齒輪機床在精加工齒輪的精度及加工功率方面都有了很大的進步，速度之快出乎幻想。而且齒輪制作的開展方向不僅涉及成熟的歐美市場，還包括以我國為代表的快速開展市場。

傳統(tǒng)高速鋼滾刀及濕切技能還能走多遠？

硬質(zhì)合金滾刀和干切加工的推進作用眾所周知。關(guān)于齒輪流水線大批量出產(chǎn)，高速鋼滾刀能否被硬質(zhì)合金滾刀取替?干切是否已成為滾齒加工的必由之路，仍是依然會走濕切之路?

硬質(zhì)合金滾刀盡管特別適用于滾削轎車用齒輪。但是，硬質(zhì)合金滾刀在歐洲的運用程度依然不高,這是因為跟著新式的高速鋼資料及刀具涂層技能的開展，硬質(zhì)合金滾刀與高速鋼滾刀在滾齒時刻上的距離可被控制在15%左右；硬質(zhì)合金滾刀價格較高，若齒輪工件數(shù)量缺乏夠多，運用硬質(zhì)合金滾刀的本錢會很高；再者，運用硬質(zhì)合金滾刀時要特別當(dāng)心，而且滾切參數(shù)和相應(yīng)滾齒程序要編制得很詳盡，只要現(xiàn)代滾齒機才干運用硬質(zhì)合金滾刀正確滾齒，而若要更新滾齒設(shè)備,則需求巨大的投資。就 Samputensili而言，每年約出產(chǎn)25000把滾刀，其中硬質(zhì)合金類只占3%左右。這就是說，硬質(zhì)合金滾刀每年的出產(chǎn)量多為750把。

齒輪干切加工則是另外一回事。因為環(huán)保要求及處理冷卻廢液的費用很高，歐洲、美國和日本的用戶在挑選時一般會考慮干切滾齒；而在我國、印度等開展我國家，控制污染盡管也是一個火急的要求，但需求時刻。一旦社會對污染問題的控制日益嚴厲后，齒輪干切加工也將會敏捷開展起來。

哪一種齒輪精加工更流行

關(guān)于齒輪精加工，剃齒和磨齒之間，哪一種齒輪精加工更流行呢?

這首先要把一種職業(yè)與另一種職業(yè)區(qū)分開來。比方說，轎車工業(yè)運用的齒輪絕大多數(shù)還依托剃齒進行加工。有些企業(yè)也會對后端傳動裝置齒輪進行磨削加工，這只是是為了消除環(huán)形圓柱齒輪上發(fā)生的任何變形。

上述提到的齒輪加工時刻削減，首要歸功于新式齒輪刀具、現(xiàn)代齒輪機床的開展及由此帶來的精加工余量大幅削減和磨前齒輪質(zhì)量的進步。另外，與磨齒機比較，現(xiàn)代數(shù)控剃齒機常是價半功倍，可獲得熱處理前的齒輪等級(高達DIN5-6等級)；而且與齒輪螺紋磨床磨削比較，加工周期也較短。

關(guān)于轎車工業(yè)的齒輪，尤其是那些用在主動變速器的小齒輪，咱們可以將剃齒加工后熱處理形成的變形控制在幾個微米；另外，經(jīng)過齒形和齒向的批改有助于補償變形。因為現(xiàn)代剃刀刃磨機的出現(xiàn)，如Samputensili公司所產(chǎn)生的S400GS，齒形、齒向兩個參數(shù)可快速簡略修形；批量出產(chǎn)的時分，剃齒加工比磨削的優(yōu)點多許多，比較較而言，剃齒既能保證質(zhì)量，價格又合理。

Samputensili 是齒輪機械職業(yè)名列前茅的公司之一，近年來其制作的剃刀還沒顯示出緩慢增產(chǎn)的征兆。與此同時，齒輪磨削機床出產(chǎn)數(shù)量也在不斷上升。齒輪加工工藝的飛速開展，齒輪機床所的操作快速，齒輪磨輪也有了敏捷開展。這首要表現(xiàn)在陶瓷磨具、CBN砂輪、電鍍磨輪等方面。用上述磨具來進行齒輪磨削加工，使加工周期縮短。

正因為加工周期逐步縮小，齒輪磨削加工的本錢也隨之大幅降低。需求指出的是，有些工業(yè)對齒輪質(zhì)量的要求很高，有的工業(yè)需求實現(xiàn)特別的齒形，所以必須經(jīng)過磨削來完成。例如，重貨車工業(yè)、航空工程以及用于發(fā)電、變電的減速器工業(yè)，都依托磨削去做齒輪精加工。在這些大功率工業(yè)中，齒輪磨削已處于決對優(yōu)勢。

齒輪批量出產(chǎn)的新技能

齒輪的質(zhì)量要求越來越高，變速噪音要求越來越低。要到達質(zhì)量、噪音的兩層目標，這就要求進行精度更高的齒輪加工，實現(xiàn)極為復(fù)雜的齒輪齒向和齒形，意圖是把變速傳動的誤差降到蕞小。這意味著，在今后一個時期內(nèi)，磨削依然是齒輪成批出產(chǎn)的首要辦法，齒輪磨削這項加工工藝或許會愈加廣泛運用。但要特別注意齒輪加工的單位本錢。至今，本錢低、收效大的剃齒帶來的優(yōu)點是很明顯的。磨削在齒輪精加工中取得圓滿成功時，剃齒才或許大規(guī)模地被它替代?？倸w，不管挑選哪一種齒輪加工辦法，都要多注意實際運用情況。

鑒于滾齒加工現(xiàn)在取得了相當(dāng)大的開展，很有或許滾齒后所獲的也不再需求進行剃齒。齒輪燒結(jié)技能的進一步開展對齒輪制作也做出較大的貢獻，但是此辦法現(xiàn)在正在處于萌芽狀況，很難經(jīng)確預(yù)測未來開展趨勢。

正如上面所說，盡管齒輪加工技能開展變化很大，但是齒輪的單位加工本錢肯定不會改動。在大批量流水出產(chǎn)線上，齒輪加工結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)該以這個參數(shù)為導(dǎo)向。新工藝的開展關(guān)于質(zhì)量、精度的進步大有裨益。跟著齒輪產(chǎn)品技能的精細化，對這兩個關(guān)鍵要素的要求越來越嚴厲。盡管滿意這么高的要求非常難，咱們也必須要追求高規(guī)范。但是，光著眼于高指標還不夠，咱們更要重視的是到達價廉物美的規(guī)范，不然再好的齒輪新工藝、新功能也不會遭到市場的歡迎，齒輪技能開展水平也不會進而改進。在技能含量高的職業(yè)上，應(yīng)該同時并存工藝精密和價格合理的趨勢。

齒輪是工業(yè)出產(chǎn)中的重要根底零件，其加工技師和加工能力反映一個國家的工業(yè)水平。實現(xiàn)齒輪加工數(shù)控傾和主動化、加工和檢測的一體化是現(xiàn)在齒輪加工的開展趨勢。而且，齒輪被廣泛地運用于機械設(shè)備的傳動體系中，滾齒是運用廣的切齒辦法，傳統(tǒng)的機械滾齒機床機械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，一臺主電機不僅要驅(qū)動展成分度傳動鏈，還要驅(qū)動差動和進給傳動鏈，各傳動鏈中的每一個傳動元件自身的加工誤差都會影響被加工齒輪的加工精度，同時為加工不同齒輪，還需求更換各種掛輪調(diào)整起來復(fù)雜費時，大大降低了勞動出產(chǎn)率。

以國外數(shù)控體系為干流的數(shù)控滾齒機的出現(xiàn)，大大進步了齒輪加工能力和加工功率。我國現(xiàn)在真正能夠出產(chǎn)數(shù)控滾齒機的廠家較少，且運用的多是德國西門子數(shù)控體系，加工中模數(shù)齒輪，沒有自主產(chǎn)權(quán)的核心技能，缺少國際競爭力。在這樣的布景下，海德盟數(shù)控專心于滾齒機體系的研發(fā)，為齒輪加工職業(yè)規(guī)劃出專業(yè)的解決方案，真正的做到了讓我國人用上自己高擋數(shù)控體系!

車刀材料的選擇

常用的硬質(zhì)合金可根據(jù)其制造的合金元素不同，分為以下四類：

1．鎢鈷合金

      由碳化鎢和鈷組成，常溫時的硬度為HRA87～92，紅硬性為800--900，代號為YG，常用商標為YG3、YG3X、YG6、YG6X、YG8、YGll等。其中YG3X及YG6X歸于細顆粒碳化鎢合金。YA6則是我國試制成功的一種含有少數(shù)碳化鈷的細顆粒硬質(zhì)合金。

      鎢鈷合金冷硬性很高，耐性也較好，宜用于加工脆性資料，如金屬蝕口鑄鐵，也可車削沖擊性較大的工件。因為它的紅硬度較差，在600℃時，鎢鈷合金簡單和切屑粘結(jié)，使刀頭前面磨損，故不宜用于車削軟鋼等耐性金屬。

      YG6X細顆粒碳化鈷合金耐磨性較好，其強度近似YG6，因而車削冷硬合金鑄鐵、耐熱合金鋼及普通鑄鐵等都有杰出效果。

2．鎢鈦鉆合金

      由碳化鎢、碳化鈦及元素鉆組成，代號用YT表明，常用的有YT5、YTl4、YTl5、YT30等商標。鎢鈷鈦合金的冷硬功能和紅硬功能比硬質(zhì)合金高。在高溫條件下比鎢鈷合金耐熱耐磨、抗粘性大，宜于加工鋼料及其他耐性金屬資料，但因為性脆，不耐沖擊，故不宜加工脆性金屬。

3．鎢鈷鈦鈮合金

      它是鎢鈷鈦合金中的新產(chǎn)品，由碳化鎢、碳化鈦、鈷、少數(shù)碳化鈮組成，代號為YW，常用商標為YWl、YW2。它的耐磨性和熱硬性都比較好，適用于切削各種鑄鐵和特殊合金鋼材，如不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等較難加工的資料。

4．鎢鈷鈮類合金

      這是一種含有少數(shù)碳化鈮的細顆粒鎢鉆類硬質(zhì)合金，代號為YA，常用商標為YA6。它的耐磨功能更高，適合于不銹鋼、耐熱鋼、特硬鑄鐵、鐵合金、硬塑料、玻璃和陶瓷等的加工。

      在選用硬質(zhì)合金時，應(yīng)根據(jù)硬質(zhì)合金本身功能特點、加工工件資料和切削條件等因素歸納考慮。

      除高速鋼和硬質(zhì)合金兩種常用車刀切削資料外，還有碳素工具鋼、合金工具鋼、金剛石、陶瓷等。碳素工具鋼、合金工具鋼的切削功能差，而金剛石價格高，以上三者都較少采用。

      因為陶瓷資料比硬質(zhì)合金的紅硬性更高，耐磨性好，價格低，正成為一種使用廣泛的刀具資料，但因為該種資料性脆、怕沖擊、刃磨困難，所以在使用時仍受到一定的限制。

更多資訊敬請重視

在德國刀具制作商Horn公司每兩年舉辦一次的“技術(shù)開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的全進程。

Horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉(zhuǎn)位刀片。圖1中的旋轉(zhuǎn)展臺展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)Y(jié)而成的刀片進行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結(jié)合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實驗室對質(zhì)料進行的檢驗檢測后，對其進行攪拌混合，直至達到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡單，一般可采用如圖3所示的電動軸向壓坯機壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經(jīng)過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔（如在燒結(jié)前無需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因為刀片脫模或許比較困難（或許完全無法脫模）。Horn公司這臺壓坯機采用了機器人自動裝料/卸件設(shè)備（見壓坯機左側(cè)）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機上成型。該機推擠原資料經(jīng)過一個模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動芯軸銷，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)冷卻通道。在擠出成型機下部能夠看到，構(gòu)成的生坯呈長條狀，還需要將其切成所需長度，經(jīng)過清潔后再送去進行預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預(yù)燒結(jié)工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個裝在流道上的刀片的3D設(shè)計圖）。該工藝所用的打針成型機能夠設(shè)置超過5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針速度為6m/sec，打針壓力蕞大可達2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機、壓坯機和擠出成型機相鄰的工區(qū)（見圖7）專門擔(dān)任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標磨床等機床，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標測量機等設(shè)備。

圖7

用擠出成型機或打針成型機成型的刀片生坯經(jīng)過清潔后，還必須進行預(yù)燒結(jié)。這道工序耗時2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預(yù)固化。刀片毛坯經(jīng)過預(yù)燒結(jié)后，即可進入燒結(jié)階段（用軸向壓坯機成型的毛坯無需預(yù)燒結(jié)，可直接進行燒結(jié)）。經(jīng)過在1,350℃－1,550℃的高溫文可達100bar的氣體壓力下進行燒結(jié)，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結(jié)進程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構(gòu)成無孔隙的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外，燒結(jié)后刀片的體積大約會比燒結(jié)前縮小20％－22％（見圖8）。整個燒結(jié)進程大約需要持續(xù)20小時才干完結(jié)。

圖8

經(jīng)過一系列計量室測試和質(zhì)量控制程序（包含掃描電鏡檢測、維氏硬度檢測、密度檢測、磁飽和度檢測等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產(chǎn)廠的加工機床總數(shù)超過200臺，這些機床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準備對其進行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺涂層爐）進行PVD或CVD涂層。完結(jié)涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務(wù)的許多員工都曾參加過企業(yè)自己的學(xué)徒訓(xùn)練計劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學(xué)徒已處于訓(xùn)練的高及階段。在參與手動和數(shù)控加工之前，學(xué)徒們先要學(xué)習(xí)一些基本技能（如整理文檔）。