續(xù) 進(jìn)

（中國重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

引言

對于硬齒面重型齒輪加工，精度等級要求6級以上時(shí)就必須進(jìn)行磨齒才能達(dá)到，但是磨削加工的生產(chǎn)率低，成本本高，而且大規(guī)格的齒輪由于受磨齒設(shè)備的限制無法加工。在齒輪制造業(yè)中，一些重型齒輪的加工狀況存在“硬的齒輪精不了、精的齒輪硬不了”的矛盾局面，為了提高磨齒效率，而采用大負(fù)前角硬質(zhì)合金滾刀先對齒輪進(jìn)行半精滾齒，使磨齒余量減少。然而硬質(zhì)合金雖具有硬度高、切削性能好、耐磨性高、紅熱硬度高等多種優(yōu)點(diǎn)，但不足之處是抗變強(qiáng)度低，沖擊韌性差，在滾齒時(shí)易出現(xiàn)斷齒打刀現(xiàn)象。為了能使大負(fù)前角的硬質(zhì)合金滾刀能順利滾出而不出現(xiàn)打刀現(xiàn)象，我們采用了磨前滾刀進(jìn)行粗滾齒，為精滾齒創(chuàng)造條件，而磨前滾刀不是標(biāo)準(zhǔn)滾刀，都應(yīng)自行設(shè)計(jì)。

1 磨前滾刀設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想

1.1 精滾時(shí)不能破壞齒根圓角和出現(xiàn)凸棱，并保證齒輪轉(zhuǎn)動必須嚙合線長

在淬火后精加工時(shí)，只加工齒側(cè)，齒根空刀部分不能加工，因?yàn)榇慊鸷簖X根表層是壓應(yīng)力，可以提高齒輪的彎曲，疲勞強(qiáng)度，若粗加工時(shí)齒根沒有加工出空刀槽來，精加工時(shí)不但要破壞了原來的齒根表層，而且在齒根會出現(xiàn)凸棱。這樣，齒根表層由壓應(yīng)力變成拉應(yīng)力，凸棱又造成應(yīng)力集中。這些都會使齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度降低，從而降低了齒輪的承載能力。

滲碳淬火前滾齒，為了切出齒根空刀，就必須用帶凸緣齒形的滾刀，通常稱磨前滾刀。

設(shè)計(jì)磨前滾刀要考濾在一定的熱處理留量時(shí)，精滾既不能破壞齒根空刀，又不能出現(xiàn)凸棱，并要保證一定的嚙合所需的齒高，即一對共軛齒輪嚙合時(shí)最低的嚙合點(diǎn)。齒輪要能連續(xù)不斷地嚙合傳動，必須在一對牙齒嚙合終止之前，后一對牙齒就已開始嚙合起來。頂圓與嚙合線的交點(diǎn)以上的漸形線齒形必須保證。

極限嚙合線長L與基圓齒距t0的比值稱為重合系數(shù)，以ξ表示：

ξ愈大表示同時(shí)參加嚙合的齒數(shù)愈多。齒輪要連續(xù)不斷地正常嚙合傳動，須ξ≥1。

1.2 負(fù)前角硬質(zhì)合金滾刀齒頂不能參加切削

硬質(zhì)合金滾刀，為了增加切削刀強(qiáng)度和耐用度等，負(fù)前角一般取-25°～-30°，有的資料介紹達(dá)-45°，這樣大的負(fù)前角頂刃不能參加切削，否則會造成機(jī)床切削力猛增，切削振動增加，使刀片擠裂和崩裂。

2 磨前滾刀與普通滾刀設(shè)計(jì)部分的不同點(diǎn)

1）齒頂高系數(shù)的確定。在一定的熱處理留量條件下，為了保持齒輪嚙合所需的漸線高度和精滾齒時(shí)齒根空刀槽不被破壞，以及精滾時(shí)刀齒頂部參加切削，洛陽礦山機(jī)器廠目前加工齒數(shù)少于46 h，齒頂高系數(shù)選用1.4，加工齒數(shù)多于切齒的齒輪時(shí)齒頂高系數(shù)選用1.45，西德倫克齒輪公司分別選用1.4和 1.5。

2）根據(jù)熱處理留量a值、凸緣切線與齒形角的夾角α1，計(jì)算凸緣高度h1'。熱處理留量a是根據(jù)齒輪大小和熱處理水平?jīng)Q定的；α1是根據(jù)保證一定的側(cè)刃后角決定的，一般取6°～10°；r為滾刀齒頂圓角半徑，一般取0.3～0.25 cm；

當(dāng)齒形的壓力角 α=20°、α1=6°時(shí)，有 h1'=0.707 227 1r+9.282 598a。

從保證齒輪的嚙合高度看，h1'愈小愈好，在a值確定之后影響h1'的因素有兩個(gè)，一個(gè)是齒輪圓角r，另一個(gè)是α1。r愈小則h1'愈小，但r小時(shí)齒輪根圓角出現(xiàn)凸棱齒數(shù)愈少凸棱越明顯，在滲碳淬火時(shí)造成應(yīng)力集中，所以r小于0.3mm是不合適的。圖中α1值愈大，h1'值越小，但對徑向鏟齒制造的滾刀來說，α1值愈大，這一部分側(cè)刃后角愈小，不利于切削。在頂刃后角12°時(shí)，20°部分的側(cè)刃后角約為4°，而6°部分約2°40，許多國家α1取為6°。西德倫克齒輪公司α1取為10°。為了克服10°部分側(cè)刃后角小的缺點(diǎn)，他們研制了復(fù)合刃磨前滾刀，減輕了側(cè)刃后角小的那部分切削刃的負(fù)荷，提高刀具壽命。

除上面所說的兩點(diǎn)不同外，其余部分設(shè)計(jì)與普通滾刀相同。

3 磨前滾刀的設(shè)計(jì)

3.1 滾齒的工作原理對滾刀幾何形狀的要求

齒輪滾刀加工齒輪的基本原理是展成方法，齒輪滾刀本身成為蝸桿狀，為了產(chǎn)生切削刃，在蝸桿上開出了容屑槽。為形成后角，刀齒齒背還要經(jīng)過鏟齒。但滾刀的每個(gè)切削刃仍嚴(yán)格地保持在一個(gè)蝸桿表面上。

齒輪滾刀切齒輪是利用螺旋齒輪的嚙合原理工作的。按照漸開線螺旋齒輪嚙合原理，嚙合的齒輪的齒形在端截面中應(yīng)該是漸開線。因此滾刀的基本蝸桿在端截面中應(yīng)該是漸開線齒形。也就是對滾刀基本蝸桿幾何形狀的要求。

第一，滾刀的容屑溝。為了產(chǎn)生滾刀的切削刃，滾刀上需銑出容屑溝。容屑溝的一側(cè)即形成滾刀的前刀面，這里取前角r為6°。容屑溝的方向主要有兩種，一種是直溝，另一種是螺旋溝。因?yàn)橹睖蠞L刀制造刃磨和檢驗(yàn)都方便，特別受工具廠和用戶的青睞。

第二，滾刀的鏟齒。滾刀的后角是鏟磨形成的，當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，鏟刀徑向前進(jìn)K值，因而形成滾刀的后角af。af與鏟背量K的關(guān)系可用下式計(jì)算：

式中：Z為滾刀的圓周齒數(shù)；D為滾刀外徑；af為滾刀后角，一般取10°～12°。

鏟齒后，側(cè)鏟面和容屑溝的前刀面的交線就是側(cè)切削刃，要切出正確的漸開線齒輪兩側(cè)切削刃應(yīng)準(zhǔn)確地在漸開線基本蝸桿的螺紋表面。

3.2 滾刀重磨后切出正確漸開線齒輪的條件

當(dāng)滾刀用鈍重磨后，由于齒頂有后角的原因，滾刀外徑減小。同時(shí)因側(cè)刃有后角，刀齒在同一圓柱面上的齒厚也減小。這是為了使被切齒輪仍保持原來的齒高和齒厚，可以減小滾刀和齒輪的中心距，因此滾刀的每次重磨應(yīng)相當(dāng)于斜齒圓柱齒輪的移距減小，而改變中心距則相當(dāng)于不等移距的斜齒輪的嚙合。滾刀實(shí)際上是一個(gè)不等移距修正的斜齒圓柱齒輪。

滾刀重磨后必須仍可切出正確的漸開線齒輪，為此應(yīng)保證兩個(gè)條件：

第一，滾刀重磨后，個(gè)刀齒的側(cè)切削刃的形狀不變，而且仍要準(zhǔn)確地在滾刀基本蝸桿的螺紋表面上。

第二，滾刀的齒頂鏟削量應(yīng)和齒側(cè)鏟削量配合好，使?jié)L刀重磨后，切出的齒輪仍可保持正確的齒高和齒厚。

4 磨前滾刀材料的選擇

刀具在工作承受很大的壓力。同時(shí)，由于切削時(shí)產(chǎn)生的金屬塑性變形以及在刀具、切削、工具相互接觸表面間產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦，使刀具切削刃上產(chǎn)生很高的溫度和受到很大的應(yīng)力，在這樣的條件下，刀具將迅速磨損或破損，因此刀具材料應(yīng)能滿足下列一些要求：

1）高的硬度和耐磨性。硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性。刀具要從工件上切下切屑，其中硬度必須比工件材料的硬度大。切削金屬所用刀具的切削刃的硬度（HRC）一般都在60以上。

耐磨性事材料抵抗磨損的能力。一般來說，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好，組織中硬質(zhì)點(diǎn)的硬度越高，數(shù)量越多，顆粒越小，越均勻，則耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性實(shí)際上不僅取決于它的硬度，而且也和它的化學(xué)成分，強(qiáng)度和顯微組織等有關(guān)。

2）足夠的強(qiáng)度和韌性。要使刀具在承受很大壓力，以及在切削過程中通常出現(xiàn)的沖擊和振動的條件下工作而不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料就必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性。

3）高耐熱性（熱穩(wěn)定性）。刀具材料的高溫硬度愈高，則到機(jī)場的切削性能愈好，允許的切削速度也愈高。

4）刀具材料除高溫硬度外，還應(yīng)有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗黏結(jié)和抗擴(kuò)散的能力，即刀具應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

5）良好的工藝性能。

6）經(jīng)濟(jì)性。