吳家偉

（哈爾濱天源石化工程設(shè)計(jì)有限公司 ， 黑龍江 哈爾濱 150000）

一、硬質(zhì)合金滾刀設(shè)計(jì)

（1）滾刀材料

硬齒面滾齒加工的特點(diǎn)是：工件硬度高、切削過程斷續(xù)和切削層很薄，在切削過程中，刀具承受著較大沖擊載荷、較高的切削溫度和強(qiáng)烈的摩擦，因此，對(duì)刀具切削部分材料的沖擊韌性的要求就很高。通過試驗(yàn)，推薦采用我國國產(chǎn)牌號(hào)YT14，該材料具有較高的耐磨性，再添加碳化鋰等高溫碳化物來提高刀片的沖擊性和耐磨性，以獲得良好的切削性能。

（2）滾刀的熱處理及鍍層

滾刀的熱處理采用鹽浴爐等溫淬火，鹽浴爐分級(jí)等溫及真空淬火等方式。淬火范式的改進(jìn)使刀具的硬度穩(wěn)定的控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。滾到表面采用鍍TiN、TiALN和鍍碳復(fù)合納米材料，是滾刀的耐用度大幅度提高。

（3） 滾刀的結(jié)構(gòu)形式

目前，世界各國所設(shè)計(jì)的硬質(zhì)合金滾刀，其結(jié)構(gòu)主要有3種：整體式、機(jī)夾式、焊接式。

整體式硬質(zhì)合金滾刀

其特點(diǎn)是剛性強(qiáng)機(jī)械加工省時(shí)，可做到較高精度。但受整體壓型工藝限制，目前只能做到外徑85mm的滾刀，且損耗昂貴的硬質(zhì)合金較多，成本高，只宜做模數(shù)m=3mm以下的滾刀。

機(jī)夾式硬質(zhì)合金滾刀機(jī)夾式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，夾緊可靠性也較差，特別是在加工大模數(shù)淬硬齒輪時(shí)，齒面的擠壓力較大，且交變作用顯著，因此對(duì)刀片的夾緊要求較高。我國韶關(guān)工具廠生產(chǎn)的硬質(zhì)合金滾刀就是此類結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可用于前角g=0°～ -30°（此處需要對(duì)照原文）的各類中模數(shù)（m1—6）硬質(zhì)合金滾刀，切削效果很好。

焊接式硬質(zhì)合金滾刀

其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接強(qiáng)度高，而且硬質(zhì)合金刀片燒結(jié)容易，材料節(jié)省，應(yīng)用較廣泛。但由于焊接應(yīng)力引起的裂紋一直是產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的因素，因此需要較高的焊接技術(shù)，近年來日本對(duì)此問題解決較好，并已在生產(chǎn)中應(yīng)用。我國重慶、漢江等工具廠采用這種結(jié)構(gòu)。

（4）滾刀前角

由于硬質(zhì)合金的沖擊韌性較差，因此，在硬質(zhì)面滾齒時(shí)，極易產(chǎn)生崩刃，崩刃是硬質(zhì)合金滾刀要解決的主要問題。為此，設(shè)計(jì)滾刀時(shí)，采用大負(fù)前角的特殊形式。

確定前角時(shí)要考慮兩點(diǎn)：

·刀具刃磨后齒形精度的保持性；

·提高刀齒抗崩刃的能力，降低刀刃

前角推薦值

負(fù)前角的大小將直接影響刀具刃 磨后齒形精度的保持性以及抗崩刃的能力。負(fù)前角越大，精度保持性越差，但負(fù)前角過小，則刀具的抗崩刃能力越小。

從理論上分析，隨著硬質(zhì)合金滾刀負(fù)前角的增大，滾刀側(cè)刀刃傾角增大，使?jié)L刀刀齒平穩(wěn)地切入金屬層，從而減小了沖擊，保護(hù)硬質(zhì)合金刀齒不致崩刃，耐用度明顯提高。國內(nèi)外的試驗(yàn)和使用情況也得到同樣的結(jié)論。但是，負(fù)前角值越大，要保證滾刀的齒形精度就越困難。根據(jù)被加工齒輪的齒面硬度，前角推薦值如上表所示。

（5） 滾刀前面偏位值的修正

直槽滾刀重磨后，習(xí)慣上規(guī)定前面偏位值不變，認(rèn)為這樣能保證其齒形精度。但從理論上來講是不符合的。近年來使用的直槽前角硬質(zhì)合金滾刀也證明了這一點(diǎn)。隨著滾刀重磨量的增加，被滾切輪齒的漸開線誤差，在齒頂處逐漸朝負(fù)向偏差，通過理論分析和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在重磨時(shí)改變前面偏位值能保證直槽滾刀刃磨后的齒形精度，從而提高滾刀的使用壽命。總之，使刃磨后的前角增大，才能保證刃磨后的齒形精度。

（6）滾刀基本尺寸的確定

滾刀的基本尺寸指的是滾刀的外徑、孔徑和長度等要根據(jù)滾刀的規(guī)格、用途、結(jié)構(gòu)形式和機(jī)床條件等因素來確定。

A滾刀的外徑和孔徑

減小直徑的利處：克服變載荷引起的振動(dòng)，進(jìn)而提高滾刀與齒輪的速度，縮短切入切出時(shí)間，增加滾刀兩次刃磨的間隔等問題。

減小直徑的弊處：將引起滾刀螺旋升角增大，會(huì)導(dǎo)致滾刀的造型誤差變大，精度下降。

大直徑的滾刀，因其具有較大的內(nèi)孔，有較好的剛性，應(yīng)在實(shí)際設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮。

B滾刀的長度

滾刀的最小長度應(yīng)滿足以下要求:·滾刀應(yīng)有充分的“竄刀”長度·滾刀能完整的包絡(luò)出被加工齒輪的全部齒形

·滾刀端頭的刀齒載荷不應(yīng)過重。

二、硬齒面滾齒工藝

隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，齒輪的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)和變速系統(tǒng)中齒輪精度和機(jī)械性能的要求越來越高，越來越多的齒輪傳動(dòng)采用承載能力大，抗點(diǎn)蝕性能好的硬齒面齒輪。國外發(fā)達(dá)國家的工業(yè)齒輪，經(jīng)表面淬火和整體淬火硬度在350HBS以上的硬齒面幾乎已完全取代硬度低于350HBS的軟齒面。我國自80年代以來，開始推廣硬齒面齒輪的應(yīng)用。

硬齒面滾齒加工的工藝路線如下：

（1）普通精度齒輪（7-9級(jí)）：滾齒→淬火→硬齒面半精滾，

（2）衍齒齒輪（6-7級(jí)）：滾齒→淬火→硬齒面半精滾→衍齒；

（3）磨齒齒輪（3-6級(jí)）：滾齒→淬火→硬齒面半精滾→磨齒。

影響齒形精度的原因主要有兩個(gè)方面：

一是滾齒機(jī)的穩(wěn)定性和傳動(dòng)剛度差；

二是制造高精度硬質(zhì)合金滾刀存在一定的困難，大負(fù)前角的滾刀在重磨后齒形變化很大。為此，需要對(duì)滾刀的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和計(jì)算，對(duì)重磨后的齒形精度進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

滾齒作為齒形加工中最常用、生產(chǎn)率較高的一種加工方法。不僅應(yīng)用于齒形加工，也可用于精加工。但是在滾齒的加工過程中，由于工藝系統(tǒng)在制造、安裝和調(diào)整中會(huì)不可避免地存在誤差，這些誤差影響傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性、傳動(dòng)平穩(wěn)性和載荷分布的均勻性。

因此，在設(shè)計(jì)硬質(zhì)合金滾刀時(shí)，為滿足其使用要求，對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)的材料、形狀和規(guī)格要求也是非常嚴(yán)格的，滾齒齒面缺陷及齒面粗糙度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，也會(huì)引起齒輪傳動(dòng)時(shí)發(fā)生噪音，加劇齒面的磨損，從而降低使用壽命。合理的設(shè)計(jì)刀具，能有效的提高刀具的強(qiáng)度和使用壽命，合理的調(diào)整參數(shù)，具有重要的使用價(jià)值。隨著科學(xué)不斷進(jìn)步，新型高效率的刀具將會(huì)取得新的研究成果。

[1]丁俊一，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]《齒輪制造手冊(cè)》編輯委員會(huì).齒輪設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[3]袁哲俊，劉華明，唐易勝主編《齒輪刀具設(shè)計(jì)》上冊(cè)[M],新時(shí)代出版社，1983.

[4]亢再章等，硬齒面齒輪滾切技術(shù)，機(jī)械傳動(dòng)，1998.

[5]朱紹華，機(jī)械加工工藝[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.