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    歐洲齒輪刀具技術發展近況
    作者:市場部  出處:機床刀具網消息   時間:2009-1-7
         訪問考察了歐洲部分國家的齒輪刀具、拉削刀具制造廠,同時參觀了一些刀具用戶廠家,對歐洲國家的齒輪刀具及其它刀具的生產與使用情況作了一些調研,現對歐洲地區齒輪刀具設計與制造技術的發展近況作一簡評。

      1齒輪刀具材料與結構

      (1)齒輪滾刀

      通過對歐洲齒輪刀具制造廠和主要用戶企業(如變速箱制造廠)的考察可知,目前齒輪滾刀的使用方式可分為傳統的濕式切削工藝和干式切削工藝兩大類。用于濕式切削的齒輪滾刀材料主要采用M35+TiN和M35+TiNC,其中M35+TiN為主流材料,滾切速度通常為90~110m/min。用于干式切削的齒輪滾刀材料主要為ASP60+TiAlN,其滾切速度為160m/min。硬質合金滾刀主要用于干式切削,其滾切速度可達260m/min。根據滾切試驗結果,ASP60+TiAlN滾刀用于干式切削的綜合加工效能優于硬質合金滾刀。因此,在實際生產應用中ASP60+TiAlN滾刀的使用量遠遠大于硬質合金滾刀。

      隨著數控滾齒技術和刀具涂層技術的快速發展,齒輪滾刀的結構設計也在不斷變化,主要體現在以下方面:①由于滾齒速度的不斷提高,正前角滾刀的切削性能優勢已不明顯,加上正前角滾刀的齒形較復雜,制造精度不易保證,因此正前角滾刀結構正逐漸被淘汰,而代之以零前角滾刀結構。目前除日本NACHI公司還少量生產正前角滾刀外,國外其它齒輪生產廠幾乎已不生產正前角滾刀。②滾刀頭數的確定主要考慮滾齒加工效率的要求,滾刀的外徑、長度、槽數等參數則需根據刀具壽命要求來確定。設計滾刀時,通常首先確定每個刀齒的切削長度,再按重磨一次需加工的工件數確定滾刀的有效切削齒數,最后確定滾刀的外徑、長度、槽數等。③近年來,由于滾齒機快進、快退速度的提高,小徑滾刀進退刀耗時少的優勢已不明顯,因此滾刀直徑的確定主要取決于齒輪結構和槽數的要求。④為提高加工效率,對于同一齒輪軸上需滾齒加工的不同齒輪,要求可在同一臺機床上一次安裝依次加工完成,這就要求一把滾刀上有多段不同規格的滾刀齒形,即將多把滾刀集成為一體。

      由于滾刀圓周齒數的增多,滾齒加工已可視為近似連續切削加工,加上滾刀重磨后重新涂層技術的應用,M35+TiN滾刀與ASP30+TiN滾刀相比其壽命差別已不是很大,但卻具有成本較低的優勢,因此M35+TiN滾刀的使用數量已在明顯回升,這一趨勢無論從滾刀制造廠還是齒輪生產廠均可得到證實。但對于圓周齒數較少的滾刀和重磨后不涂層的滾刀,ASP30+TiN滾刀與M35+TiN滾刀相比仍具有較明顯的壽命優勢。

      在對環境污染限制極其嚴格的歐洲,干式切削具有廣闊的應用前景。目前大量應用于實際生產的干式切削滾刀主要為ASP60+TiAlN滾刀。同時也有少量ASP60+TiAlN+WC/C滾刀應用,其切削速度為180m/min。用于干式切削的硬質合金滾刀和金屬陶瓷滾刀由于制造難度較大、材料及制造成本較高等原因,在加工生產線上的應用還不多。由于涂層材料和涂層技術的快速發展,涂層粉末冶金高速鋼滾刀在干式切削中的應用卻在不斷擴大。

      (2)插齒、剃齒刀具

      歐洲生產的插齒刀產品主要采用M35+TiN和ASP30+TiN材質,其結構設計與國內區別不大。

      由于插齒加工屬于斷續切削,因此在高速插齒機上使用的插齒刀大多為ASP30+TiN插齒刀。

      歐洲生產的剃齒刀產品主要采用M2或ASP23材料(M2材料占主導地位)。剃齒刀的結構設計與國內差別較大。對于模數小于4mm的剃齒刀,容屑槽底梳采用直線形;模數大于4mm的剃齒刀的容屑槽底梳則采用漸開線形。剃齒刀的退刀槽均采用銑制(或磨制)加工,刀具內孔配合面較短(一般約為齒面寬的1/3),徑向剃齒刀的邊牙全部銑去。

      目前德國開發出一種不同于傳統剃齒工藝的強力剃齒工藝。該機床在剃齒過程中,剃齒刀與被剃齒輪均可驅動,剃第一面齒時剃齒刀為主動輪,被剃齒輪為從動輪;剃第二面齒時則相反。無論剃哪一面齒,剃齒刀與被剃齒輪的轉動方向始終不變,且裝卸齒輪時剃齒刀不停止轉動。該機床采用自動對刀,齒輪轉速可達4000r/min,切削速度高,加工效率高。由于可對齒形實行強力修整,因此剃齒加工精度高。強力剃齒工藝對剃齒刀的性能、壽命和可靠性提出了更高要求。

      (3)拉削刀具

      歐洲刀具制造廠生產的拉刀材料大多采用M2或M35,部分拉刀采用TiN涂層,具體根據加工要求和使用條件選用。拉刀的切削齒均無刃帶。圓拉刀、花鍵拉刀等的容屑槽不少采用雙頭螺旋槽結構。

      2齒輪刀具制造工藝

      歐洲目前使用的刀具制造設備基本上已實現數控化。刀具的設計、制造已普遍采用CAD/CAM/CAPP技術,操作者只需輸入刀具圖號,數控加工機床即可自動從中央計算機中提取機床調整和加工工藝數據,并實現自動加工。

      刀具磨削均采用帶數控砂輪修整器的數控工具磨床,并配備了完善的加工軟件,可根據刀具廓形自動計算及修整砂輪形狀。齒輪滾刀的車齒、鏟齒工序均在數控車床和數控鏟齒機上進行;鏟磨齒形用數控滾刀鏟磨機床采用數控砂輪修整器修整砂輪,對于模數小于6mm的滾刀,其齒形的兩側面、齒頂面、齒底面以及齒頂圓弧、齒底圓弧均可通過一次修整砂輪一次加工完成。插齒刀齒形磨削采用錐面砂輪磨削原理(不同于我國Y7125磨床的磨削方式),可保證插齒刀修緣、沉割參數的加工精度,準確加工出齒頂圓角,同時可保證插齒刀重磨后的加工精度。剃齒刀的容屑槽采用數控梳槽機加工,該機床剛性好、沖程快,可保證剃齒刀容屑槽兩側面的加工質量,從而延長剃齒刀的使用壽命;剃齒刀齒形采用數控剃齒刀磨床加工,可磨削各種類型的修形剃齒刀。成形拉刀和花鍵拉刀的廓形面分別在數控平面磨床和數控花鍵磨床上加工,采用數控砂輪修整器修形,鏟背磨削。

      刀具熱處理方面,齒輪滾刀和插齒刀均采用真空爐淬火、回火;剃齒刀、拉刀等采用鹽浴淬火。刀具標志大多采用數控激光打標機刻字,精致美觀。刀具包裝質量很高。

      3刀具涂層材料

      歐洲,刀具涂層材料和涂層技術發展很快,水平較高,應用也較為普及。目前在刀具制造中應用較廣的涂層材料主要有TiN、TiCN、WC/C、TiAlN、TiAlN+WC/C等,其主要特性見表1。表中,TiAlN(1)為單層涂層,TiAlN(2)為復合涂層。在歐洲,刀具復合涂層(如TiAlN復合涂層)的應用范圍很廣。涂覆時,涂層爐中有多個Ti靶和TiAl靶,兩種靶交替工作,在刀具表面交替涂覆TiN涂層和TiAlN涂層,以獲得所需的多層復合涂層。

      表1涂層材料特性

      涂層材料:TiN-TiCN-WC/C-TiAlN(1)-TiAlN(2)-TiAlN+WC/C

      與鋼的摩擦系數(干式):0.4-0.4-0.2-0.4-0.4-0.2

      涂層厚度(μm):1~4-1~4-1~4-1~3-2~5-2~6

      最高工作溫度(℃):600-400-300-800-800-800

      涂層顏色:金黃-青灰-深灰-紫灰-紫灰-深灰

      通過調研考察,感到目前國內刀具技術的整體發展水平與歐洲國家仍有較大差距。但近年來國內工具廠通過不斷進行技術改造,刀具設計制造水平已有長足進步,某些技術領域和產品品種已接近或達到國外先進水平,如汽車變速箱齒輪滾刀、發動機連桿拉刀、壓縮機專用拉刀、復合齒形漸開線花鍵拉刀、剃齒刀等刀具品種已達到較高質量水平,具有了一定的市場競爭能力。中國加入WTO后,國內工具行業機遇與挑戰并存,為了抓住機遇,迎接挑戰,國內工具制造廠必須進一步加大技術改造力度,盡快提高自身發展水平,縮小與發達國家的差距,通過市場競爭求生存、圖發展。

     
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