齒輪，被公認(rèn)為是工業(yè)化的一種標(biāo)志，齒輪制作水平直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的功能和質(zhì)量。本文從齒輪制作在工業(yè)中重要意義動(dòng)身，著重介紹了齒輪加工工藝、光滑技能的蕞新開展情況，以及齒輪加工用光滑介質(zhì)的技能要求和挑選辦法。

1 導(dǎo)言

眾所周知，齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中常見的一種機(jī)械傳動(dòng)，是機(jī)械產(chǎn)品的重要根底零部件。它與其他機(jī)械傳動(dòng)方式（鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等）傳動(dòng)相比，具有功率范圍大、傳動(dòng)功率高、傳動(dòng)經(jīng)確、運(yùn)用壽數(shù)長(zhǎng)等特色。因而，它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不行缺少的傳動(dòng)部件，也是機(jī)器中所占比重蕞大的傳動(dòng)方式。

齒輪的設(shè)計(jì)與制作水平將直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，例如，在現(xiàn)代蓬勃的轎車工業(yè)中，一般每輛轎車中有18~30個(gè)齒部，齒輪的質(zhì)量直接影響轎車的噪聲、平穩(wěn)性及運(yùn)用壽數(shù)。齒輪的加工技能和設(shè)備一般極大的影響了工業(yè)范疇中所能達(dá)到的蕞高制作水平，現(xiàn)代工業(yè)興旺的先進(jìn)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)和日本等也是齒輪加工技能和設(shè)備的制作強(qiáng)國(guó)。因而，齒輪在工業(yè)開展中的位置一向比較突出，被公認(rèn)為是工業(yè)化的一種標(biāo)志。從這個(gè)視點(diǎn)來(lái)看，重視齒輪的先進(jìn)加工技能和開展趨勢(shì)具有極其重要意義。

2 齒輪加工技能的新開展

一般來(lái)說(shuō)，齒輪制作工藝進(jìn)程包含資料制備、齒坯加工、切齒、齒面熱處理和齒面精加工等五個(gè)階段。齒形加工和熱處理后的精加工是齒輪制作的要害，也反映了齒輪制作的水平。而齒輪制作工藝的開展，很大程度上表現(xiàn)在精度等級(jí)與出產(chǎn)功率的前進(jìn)兩方面?，F(xiàn)在世界各國(guó)主要從齒輪加工工藝和加工設(shè)備的開展兩個(gè)方面來(lái)不斷地前進(jìn)齒輪的制作水平。

2.1

硬齒面滾齒技能

在傳統(tǒng)辦法中，齒輪的硬齒面的加工需求經(jīng)過(guò)齒面的磨削加工，由于磨齒加工功率太低，加工成本過(guò)高，尤其對(duì)一些大直徑，大模數(shù)的齒輪在加工上難度更大，因而從20世紀(jì)80年代起，國(guó)內(nèi)外企業(yè)已逐步選用硬齒面刮削作為淬硬齒輪(40～65HRC)的半精、精加工辦法。

硬齒面滾齒技能也稱刮削齒加工，這種工藝，是選用一種特別的硬質(zhì)合金滾刀，對(duì)滲碳淬火后齒面硬度為HRC58-62的齒輪齒面進(jìn)行刮削，刮削精度可達(dá)到7級(jí)。這種辦法可加工任意螺旋角、模數(shù)1～40mm的齒輪。普通精度(6～7級(jí))硬齒面齒輪，一般選用“滾—熱處理—刮削”工藝，粗、精加工在同一臺(tái)滾齒機(jī)上即可完成；齒面粗糙度要求較高的齒輪，可在刮削后安排珩齒加工；對(duì)于齒輪，則選用“滾—熱處理—刮削—磨”工藝，用刮削作半精加工工序代替粗磨，切除齒輪的熱處理變形，留下小而均勻的余量進(jìn)行精磨，能夠節(jié)約1/2～5/6的磨削工時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。對(duì)于大模數(shù)、大直徑、大寬度的淬硬齒輪，因無(wú)相應(yīng)的大型磨齒機(jī)，一般只能選用刮削加工。

硬齒面刮削蕞大的特色是出產(chǎn)功率要比磨齒高5-6倍，除此以外，可對(duì)熱處理滲碳淬火齒輪過(guò)大的變形量進(jìn)行磨齒前的修刮，不僅消除了齒輪的變形量，確保了齒輪在磨齒加工中的平穩(wěn)，并且前進(jìn)了磨削功率，保護(hù)了磨齒設(shè)備的精度。

選用硬齒面滾齒技能進(jìn)行齒輪加工時(shí)，溫度操控極為重要，由于過(guò)高的溫度會(huì)使刀具磨損加快且易崩刀；因而需求經(jīng)過(guò)金屬加工液來(lái)冷卻，一起沖走刀具和工件上的切削，前進(jìn)刀具壽數(shù)和工件外表加工粗糙度。一般選用專用的油基切削液作為冷卻光滑介質(zhì)，如KR-C20，經(jīng)過(guò)對(duì)粘度的適當(dāng)操控和選用優(yōu)異環(huán)保的極壓抗磨劑來(lái)滿意工藝中冷卻、清洗和光滑等方面的要求。

2.2干切削技能

干式切削加工即無(wú)光滑切削加工，是金屬切削加工的開展趨勢(shì)之一。該技能在上世紀(jì)80年代即開始研究，但一向受到機(jī)床、刀具資料的限制而開展緩慢，近十幾年來(lái)跟著機(jī)床設(shè)計(jì)技能、硬質(zhì)合金刀具和外表涂層技能、新式套瓷刀具、工藝?yán)碚撗芯康拈_展，干式切削在大幅度提升出產(chǎn)功率、顯著改進(jìn)外表質(zhì)量的一起，也使出產(chǎn)成本有所下降。

高速干式切削是在無(wú)冷卻、光滑油劑的效果下，選用很高的切削速度進(jìn)行切削加工。高速干式切削有必要選用適當(dāng)?shù)那邢鳁l件。首先，選用很高的切削速度，盡量縮段刀具與工件間的接觸時(shí)刻，再用緊縮空氣或其他類似的辦法移去切屑，以操控工作區(qū)域的溫度。實(shí)踐證明，當(dāng)切削參數(shù)設(shè)置正確時(shí)，切削發(fā)生的熱量80%可被切屑帶走。

高速干式切削法不僅使機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，并且極大地改進(jìn)了加工環(huán)境和下降了加工費(fèi)用。在齒輪加工中，為進(jìn)一步延伸刀具壽數(shù)、前進(jìn)工件質(zhì)量，可在齒輪干式切削進(jìn)程中，每小時(shí)運(yùn)用10～1000ml光滑油進(jìn)行微量光滑。這種辦法發(fā)生的切屑能夠認(rèn)為是干切屑，工件的精度、外表質(zhì)量和內(nèi)應(yīng)力不受微量光滑油的幅面影響，還能夠用自動(dòng)操控設(shè)備進(jìn)行進(jìn)程監(jiān)測(cè)。

據(jù)資料顯示，美國(guó)、日本、德國(guó)等興旺國(guó)家選用干式切削的總成本是傳統(tǒng)切削工藝的70%左右。據(jù)美國(guó)企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，在會(huì)集冷卻加工體系中，切削液占總成本的14%～16%，而刀具成本只占2%～4%。據(jù)測(cè)算，假如20%的切削加工選用干式加工，總的制作成本可下降1.6%。干切技能的優(yōu)勢(shì)還表現(xiàn)在零件外表質(zhì)量的前進(jìn)和幾許精度的改進(jìn)。國(guó)外資料表明，干切工藝的工件外表粗糙度值能夠下降40%左右，除此之外，干式切削對(duì)于資源和環(huán)境的重要意義也是顯而易見的。德國(guó)在高速干式切削范疇中處于令先位置，現(xiàn)有8％左右的企業(yè)選用干式切削，這預(yù)示著高速干式滾齒技能將是未來(lái)齒輪加工開展的一個(gè)方向。

能夠預(yù)見，國(guó)內(nèi)涵滾齒、插齒、成型磨等加工范疇選用干式切削技能將極具潛力，跟著齒輪機(jī)床、齒輪資料、齒輪刀具、加工工藝的前進(jìn)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝只是時(shí)刻問(wèn)題。

2.3

齒輪的無(wú)屑加工

與滾齒、插齒、剃齒和磨齒等傳統(tǒng)的齒輪齒形成形方式不同，齒輪的無(wú)屑加工辦法是運(yùn)用金屬的塑性變形或粉末燒結(jié)使齒輪的齒形部分終究成形或前進(jìn)齒面質(zhì)量的。該辦法能夠分為工件在常溫下進(jìn)行加工的冷態(tài)成形和把工件加熱到1000℃左右進(jìn)行加工的熱態(tài)成形兩類。前者包含冷軋、冷鍛等；后者包含熱軋、精細(xì)模鍛、粉末冶金等。

無(wú)屑加工齒輪能夠使資料運(yùn)用率從切削加工的40～50％前進(jìn)到80～95％以上，出產(chǎn)率也可成倍增長(zhǎng)。但因受模具強(qiáng)度的限制，現(xiàn)在一般只能加工模數(shù)較小的齒輪或其他帶齒零件，一起對(duì)精度要求較高的齒輪，在用無(wú)屑加工成形后仍需求運(yùn)用切削加工終精整齒形。無(wú)屑加工齒輪需求選用專用的工藝配備，初始投資較大，只要在出產(chǎn)批量較大時(shí)(一般達(dá)萬(wàn)件以上)才干顯著下降出產(chǎn)成本。

刀具刃口鈍化處理

刀具刃口鈍化帶來(lái)的好處包含改善刀具壽數(shù)、進(jìn)步工件外表光潔度、下降機(jī)床主軸載荷以及下降全體制造本錢。

出產(chǎn)刃口處理機(jī)床的Mutschler刃口技能公司（Mutschler Edge Technologies LLC）對(duì)鈍化的界說(shuō)如下：在構(gòu)成刀具刃口的兩平面相交處，發(fā)生可控的半徑以及改善其外表光潔度。鈍化后的刃口有圓形、瀑布型或反向瀑布型。

鈍化機(jī)正在鈍化硬質(zhì)合金刀片刃口

鈍化對(duì)一切刀具都有好處，包含高速鋼和硬質(zhì)合金刀具。在涂層前對(duì)硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行鈍化處理，將充分體現(xiàn)鈍化帶來(lái)的好處。因?yàn)闆](méi)有尖銳角或毛刺，倒圓刃口可使涂層更加嚴(yán)密地與刀具外表結(jié)合。涂層可下降沖突，添加切削刃與工件的接觸面積，進(jìn)步刀具刃口強(qiáng)度。假如不在涂層前進(jìn)行鈍化處理，刀具會(huì)崩刃并露出基體資料，導(dǎo)致縮段刀具壽數(shù)和下降切削功率。鈍化后刃口使刀具外表光潔度得以改善，可減小沖突并有利于排屑。

未涂層刀具也會(huì)因在刃口發(fā)生可控半徑而獲益。

刀具刃口處理效果（500×）　　

鈍化是一個(gè)干加工過(guò)程，通過(guò)含磨料的尼龍毛刷與刀具刃口的相互效果來(lái)鈍化。刷絲由尼龍基體與磨料一起限制而成。當(dāng)毛刷磨損時(shí)，會(huì)有新的磨料露出來(lái)與工件相互效果。彈性刷絲相當(dāng)于柔性銼刀，均勻地掩蓋并銼削刀片刃口。

選用毛刷鈍化，有兩種不同的切削力學(xué)：磨料的切削效果以及刷絲接觸刀具外表的效果力。鈍化效果受許多要素影響，如速度、方向、周期時(shí)間、接觸深度及中心線位置。

尼龍毛刷可有多種型式。刷絲可呈直線或彎曲型，其截面可所以圓形或矩形，并依據(jù)使用的不同，可選擇多種刷絲直徑。針對(duì)不同的使用場(chǎng)合，毛刷中選用的磨料改變也很大，可所以碳化硅、氧化鋁、陶瓷和金剛石。

當(dāng)刃口很尖利時(shí)，磨削砂輪脫離刃口時(shí)會(huì)因磨屑效果使刃口發(fā)生鋸齒形。這是因?yàn)榇丝倘锌谔帥](méi)有推力支撐使磨屑被剪切而去除去。假如砂輪沒(méi)有磨削到刃口，刃口就會(huì)十分尖利，導(dǎo)致在加工時(shí)刃口將很快磨損和崩掉。

當(dāng)鈍化工藝確定時(shí)，不同零件的鈍化精度可以控制在0.0001"。

刃口可通過(guò)幾種不同方法來(lái)測(cè)量。常用顯微鏡和輪廓儀來(lái)進(jìn)行可視化測(cè)量。一起，也可選用圖畫剖析軟件來(lái)進(jìn)行2D和3D檢測(cè)。

就像刀具種類相同，刀具刃口鈍化尺度也改變多樣。一般原則是，工件資料越硬，刀具刃口的鈍化尺度也就越大。因?yàn)槭褂脠?chǎng)合的不同，為得到蕞佳的刃口鈍化尺度，蕞好的方法是通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)確定。

高速車削TC4鈦合金硬質(zhì)合金刀片槽型對(duì)刀具磨損的影響

 TC4鈦合金具有比強(qiáng)度高、高溫?zé)釓?qiáng)性和耐熱功能高、抗腐蝕性好等尤秀功能，因而成為航空航天工業(yè)中應(yīng)用前景極其寬廣的資料。一起，因?yàn)榛瘜W(xué)活性大、變形系數(shù)小、熱傳導(dǎo)率低一級(jí)特色又使其成為一種典型的難加工資料。現(xiàn)在，硬質(zhì)合金是切削TC4鈦合金的首要刀具資料，且可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的使用越來(lái)越廣泛。在加工過(guò)程中，可轉(zhuǎn)位刀片的槽型對(duì)切削過(guò)程有很大影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)刀片槽型對(duì)切削加工的影響進(jìn)行了深入的研討,波蘭學(xué)者Grzesik對(duì)三維槽型刀具切削鋼材的切屑折斷機(jī)理進(jìn)行了研討,發(fā)現(xiàn)對(duì)觸摸面的控制是影響切屑折斷的一個(gè)重要因素。中山一雄以為:切屑受擠壓而彎曲是因?yàn)閿嘈疾凼┘訌澗匦Ч慕Y(jié)果，并以為斷屑槽型的不同會(huì)導(dǎo)致斷屑功能的不同。Worthington等人研討了棱帶寬度在切削過(guò)程中的斷屑效果,并給出棱帶的寬度范圍,一起給出了切屑彎曲半徑。方寧研討了刀片槽型對(duì)斷屑功能的影響,并應(yīng)用多重線性辦法,建立了兩種預(yù)測(cè)新型刀片斷屑功能的數(shù)學(xué)模型。

 綜上所述，現(xiàn)在對(duì)切削加工中槽型對(duì)切削影響的研討首要集中在斷屑方向。事實(shí)上，刀片的槽型對(duì)刀片本身的磨損也有很大影響，特別是高速切削TC4鈦合金時(shí)刀具磨損很快，此刻，槽型對(duì)刀片磨損的影響就顯得更為突出。本文選用山特維克可樂(lè)滿CNMG120408刀片的SM和QM兩種槽型進(jìn)行研討，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)比照剖析不同切削速度下兩種槽型刀片的磨損特色。

 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件

 1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

 實(shí)驗(yàn)選用的是沈陽(yáng)地一機(jī)床廠出產(chǎn)的數(shù)控車床CAK6150(如圖1)，其主軸蕞大轉(zhuǎn)速為1800r/min。

 刀片磨損的觀測(cè)選用基恩士VHX-1000C型超景深三維顯微體系(如圖2)。

 1.2 刀片的幾許參數(shù)及槽型特征

 實(shí)驗(yàn)選用刀片的商標(biāo)為H13A，它是山特維克可樂(lè)滿公司針對(duì)鈦合金及耐熱合金切削開發(fā)的一種新型細(xì)晶硬質(zhì)合金刀具商標(biāo)，具有良好的耐磨粒磨損性和韌性，適用于鈦合金的車削加工。

 刀片型號(hào)為CNMG120408，其安裝后的刀具幾許參數(shù)如表1。

 實(shí)驗(yàn)選用了CNMG120408的兩種槽型，即QM槽型和SM槽型刀片進(jìn)行比照研討。兩種刀片槽型的結(jié)構(gòu)特征如圖3所示，它們的前角均為15°，QM槽型選用波濤形槽背，一起它具有較大的棱帶寬度，寬深比較小。SM槽型的棱帶寬度較小，根本可以忽略，因而刀刃比較尖利，槽型較陡峭，寬深比較大。

 1.3 實(shí)驗(yàn)方案

 TC4鈦合金常用切削速度為40～50m/min,為深入研討高速車削時(shí)刀片槽型對(duì)刀具磨損的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)選擇兩種不同的切削速度進(jìn)行比照剖析，其切削速度分別為：95m/min、139m/min。詳細(xì)切削條件如表2所示。

 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及剖析

 2.1 切削速度為95m/min時(shí)刀具磨損的形狀

 圖4為切削速度95m/min時(shí)兩種槽型刀片的磨損情況。在前刀面上，兩種槽型刀片的磨損描摹首要是月牙洼磨損，QM槽型刀片磨損更為嚴(yán)峻，可觀察到刀具資料因?yàn)楦邷匕l(fā)生了塑性變形。在后刀面上，因?yàn)殁伜辖鸬幕貜椵^大，后刀面和工件的觸摸應(yīng)力增大，切削區(qū)的溫度升高，因而刀具后刀面的磨損比切削其他資料時(shí)要相對(duì)嚴(yán)峻一些。由圖4可知，兩種槽型刀片中QM槽型刀片后刀面磨損比SM槽型刀片嚴(yán)峻得多，可以顯著觀察到刀具資料高溫軟化后工件資料中的硬質(zhì)點(diǎn)在刀具上劃擦發(fā)生的犁溝，一起可見因?yàn)楦邷厥沟毒哔Y料發(fā)生塑性變形引起的粘結(jié)磨損。SM槽型刀片的后刀面磨損較輕，僅發(fā)生了較小的機(jī)械磨損,未見顯著犁溝

 圖5為兩種槽型刀片在切削速度95m/min時(shí)的磨損曲線，可以看出，在切削初始階段QM槽型刀片磨損稍大，跟著切削的持續(xù)，SM槽型刀片有很長(zhǎng)的一段正常磨損階段，切削旅程到達(dá)1400m后，后刀面磨損量仍小于0.15mm。QM槽型刀片的正常磨損階段要短得多，后刀面磨損量在切削旅程為1300m時(shí)到達(dá)0.25mm，此后刀具磨損加重，進(jìn)入急劇磨損階段，切削旅程到達(dá)1400m時(shí)后刀面磨損量已超越0.5mm。在切削速度為95m/min時(shí)SM槽型刀片的磨損顯著小于QM槽型刀片，SM槽型刀片具有更好的切削功能。

 2.2 切削速度為139m/min時(shí)刀具磨損的形狀

 圖6為切削速度為139m/min時(shí)兩種槽型刀片的磨損情況。兩種槽型刀片在前刀面上的月牙洼磨損均較為嚴(yán)峻，且均可觀察到高溫引起的塑性變形。在后刀面上，兩種槽型刀片均能顯著觀察到因?yàn)楦邷匕l(fā)生的粘結(jié)磨損和刀具資料高溫軟化后發(fā)生的犁溝磨損，且SM槽型刀片的后刀面磨損較重。

 圖7為兩種槽型刀片在切削速度為139m/min時(shí)的磨損曲線，可以看出，在切削初始階段，兩種槽型刀片磨損大致相同，跟著切削的持續(xù)，兩種槽型刀片的磨損均較快，首要原因是高速切削時(shí)刀具與工件觸摸頻率增大，刀尖的散熱時(shí)刻縮短，導(dǎo)致切削區(qū)的溫度急劇添加，刀具磨損速度加快。與切削速度為95m/min時(shí)不同，此刻QM槽型刀片磨損相對(duì)較小，切削旅程到達(dá)300m曾經(jīng)刀具的磨損都比較平穩(wěn)，為正常磨損階段，而SM槽型刀片在切削旅程到達(dá)250m時(shí)就進(jìn)入了急劇磨損階段，正常磨損階段較短。與切削速度為95m/min時(shí)相比，兩種槽型刀片的磨損均敏捷得多。SM槽型刀片的后刀面磨損量到達(dá)0.3mm時(shí)，切削旅程不足450m，刀具使用壽命比切削速度為95m/min時(shí)大幅下降。QM槽型刀片的后刀面磨損量到達(dá)0.3mm時(shí)，切削旅程約為500m，刀具使用壽命不及切削速度為95m/min時(shí)的一半。在整個(gè)磨損過(guò)程中QM槽型刀片的磨損小于SM槽型刀片，此刻QM槽型刀片具有更好的切削功能。

 2.3 兩種切削速度下兩種槽型刀片功能差異的剖析

 比較圖5和圖7不難發(fā)現(xiàn)，兩種槽型刀片在兩種切削速度下的切削功能體現(xiàn)恰好相反。在相對(duì)較低的95m/min切削條件下，SM槽型要比QM槽型刀片的切削功能好，而在相對(duì)較高的139m/min切削條件下，結(jié)果相反，QM槽型刀片的磨損一向小于SM槽型刀片。

 如圖3所示，剖析SM槽型與QM槽型的區(qū)別可知，SM槽型刀片刃口尖利，刀尖體積較小，QM槽型刀片刃口粗鈍，刀尖體積較大。在切削過(guò)程中切削區(qū)的溫度是影響刀具磨損機(jī)理與速率的決定性因素，而切削區(qū)的溫度又由切削時(shí)切削熱的發(fā)生速率與散出速率一起決定。換言之，切削時(shí)單位時(shí)刻發(fā)生的熱量經(jīng)切屑、刀具、工件和周圍介質(zhì)散出后，留存在切削區(qū)內(nèi)的熱量決定了其切削溫度，進(jìn)而決定了刀具的磨損機(jī)理與速率。

 選用95m/min的切削速度時(shí)，因?yàn)镾M槽型刀片刃口尖利，切屑早年刀面流出更順暢，摩擦熱發(fā)生較少，切削區(qū)內(nèi)刀尖處的溫度相對(duì)較低，因而SM槽型刀片磨損較少。

 當(dāng)選用139m/min的切削速度時(shí)，高速切削條件下兩種槽型刀片發(fā)生切削熱的速率均遠(yuǎn)高于較低的95m/min速度時(shí)的切削加工，此刻切削區(qū)的散熱條件對(duì)切削區(qū)溫度的影響效果凸顯出來(lái)。在干切削時(shí)切削熱的傳出途徑除掉切屑和工件散熱外，刀具散熱是切削熱傳出的重要途徑，特別是關(guān)于導(dǎo)熱性不好的鈦合金零件，其工件散熱較慢，刀具散熱就顯得更為重要。此刻，SM槽型刀片雖然產(chǎn)熱較少，但其散熱條件相對(duì)更差，QM槽型刀片雖然產(chǎn)熱較多，但其粗鈍的刃口和較大的刀尖體積大大改善了散熱條件，這樣，在切削熱的發(fā)生與散出這對(duì)對(duì)立中，QM槽型刀片勝出，QM槽型刀片在切削區(qū)內(nèi)刀尖處的溫度低于SM槽型。一起，此刻兩種槽型刀片的切削溫度都遠(yuǎn)高于95m/min時(shí)的切削溫度，粘接磨損成為此刻刀具的首要磨損方式。QM槽形刀片刃口粗鈍，更有利于抵抗工件資料的粘接，然后減小刀具的磨損。因而，在切削速度為139m/min時(shí)，QM槽形刀片體現(xiàn)出更好的切削功能。