滾齒進給量的選擇

時間:2011-06-13 10:07:28 來源:未知

國外汽車齒輪材料一般多為硬度176～209HB的低合金結構鋼。齒輪滾刀的材料多為高速鋼及硬質合金兩種，近年各廠重點使用整體硬質合金滾刀。
　　在轎車齒輪加工的滾剃工序中，滾齒時，齒部質量要達到剃齒要求來選定滾削速度和最大進給量。

1 滾刀進給量

歐洲工具廠的推薦值
　　德國saacke,Fette和sazzor齒輪滾刀廠均推薦以齒輪滾刀頂刃的最大許可切屑厚度(h_1max)來確定滾刀進給量。
1. 硬質合金滾刀的h_1max規定按國際標準(ISO)對硬質合金的分類：P類硬質合金滾刀h_1max為0.18mm；K類硬質合金滾刀h_1max為0.12～0.15mm。
  P類硬質合金常用牌號為P25～P40。這類整體硬質合金滾刀在新刀時要進行TiN表面涂層處理，但刃磨后一般不再進行涂層。K類硬質合金滾刀常用于對淬硬鋼齒輪的齒形精加工，牌號多為K10，對較小模數的滾刀要用細顆粒硬質合金。在精滾齒時，新刀及每次刃磨后均進行TiN涂層處理。轎車方向盤轉向器上的小齒輪淬硬后采用硬質合金滾刀精滾工藝。
2. 高速鋼滾刀的h_1max規定對中小模數的轎車齒輪(m=1.4～2.8mm)，一般選用h_1max為0.2～0.25mm。對模數大的齒輪，可選用較大值為0.25～0.3mm。
　　上述歐洲工具廠的高速鋼滾刀材料常用含鈷5%的鈷高速鋼S6-5-2-5(S后的數字依次為鎢-鉬-釩-鈷的百分數)，淬火硬度為65～66HRC。
美國star工具廠的推薦值
　　美國star工具廠是美國主要的齒輪滾刀生產廠之一。該廠也是推薦滾刀頂刃的最大許可切屑厚度h_1max來確定滾刀進給量。
1. 對于P類硬質合金滾刀的h_1max規定為0.15mm。
2. 對高速鋼滾刀的h_1max規定為0.2～0.25mm。該廠與德國Liebherr滾齒機廠交換過意見，兩廠分別導出的滾齒切屑最大厚度公式，得到的h_1max值很相近。

2 滾刀頂刃的h_1max與滾刀軸向進給量f_a的關系

　　根據滾刀頂刃最大切屑厚度h_1max值換算成滾刀軸向進給量f_a值才能在滾削加工中應用。德國人Dr.B.Hoffmeister博士于1979年在阿亨大學發表的論文中研究了滾齒中的頂刃最大切屑厚度，并建立了計算用數學公式，用它可以從頂刃切屑厚度計算工件每轉的軸向進給量。此公式在頂刃切屑厚度h_1max=0.35mm對m=1的滾刀和h_1max=0.1mm對m=32的滾刀皆得到驗證。德國的滾刀廠皆用Hoffmeister博士的公式從h_1max值計算f_a值。計算式為

f_a=F_h₁·F_m·F_z₂·F_d·F_(N/z0)·F_a(1)

式中，F_h₁、F_m、F_z₂、F_d、F_(N/z₀)、F_a為6個影響因子，各有其計算式。由于各因子的計算方程式較為復雜，考慮工業應用，近年有人將其簡化列于表1。影響因子名稱計算方程式頂刃切屑厚度h₁因子F_h₁F_h₁=h_1max#p#分頁標題#e#^1.9569齒輪法向模數m因子F_mF_m=0.0446m^-0.7730齒輪齒數z₂因子F_z₂對z₂≤120F_z₂=z₂^1.0607滾刀外徑d(mm)因子F_dF_d=(d/2)^1.6145×10^-2×b^0.4403
F_d=(d/2)^0.4403 (b=0°)滾刀刃齒數N和滾刀頭數z₀因子F_N/z₀F_(N/z₀)=(N/z₀)^1.7162滾刀切入深度a(mm)和齒輪齒形位移修正系數c_p因子F_aF_a=a^-0.6243
c_p影響極微，皆以c_p=0計算

表1中 h_1max——滾刀頂刃的最大切屑厚度，mm

f_a——滾刀軸向進給量/工件每轉，mm/r

b——齒輪分圓螺旋角，公式中為弧度值(以度數為單位的b角，要乘p/180)

3 h_1max或f_a的選取

　　滾削實例的原始數據及按公式(1)計算所得的f_a或h_1max均列于表2，說明如下。

表2中1號滾刀
　　這是德國saacke廠在1997年國際展覽會上作為新產品宣傳的TiALN涂層硬質合金整體滾刀加長結構。Ø60(D)mm×150(刃長)mm×Ø27(孔)mm,體現了小直徑，加長，多刃齒，多頭的現代滾刀，它代表了現代硬質合金滾刀滾齒的最高水平。用來加工20MnCrS5含硫易切滲碳鋼齒輪(含硫0.03%)，滾齒速度V_c=395m/min(2095r/min)，采用f_a=1.8mm/r(188mm/min)，用公式(1)計算，可得h_1max=0.14mm，此值與該廠推薦的不超過0.18mm最大許可切屑厚度相符。刀具壽命為32m/刃齒，全刀可加工12600個齒輪。
表2中的2號滾刀
　　這是成都工具研究所研制的鑲齒硬質合金滾刀，1982年開始應用至今。齒輪材料為40Cr與20CrMnTi，硬度為176～209HB，滾齒速度V_c=175m/min(497r/min)。進給量f_a=1.8mm/r(31～23mm/min)。用公式(1)計算，可得加工29齒齒輪時h1_max=0.14mm，在國外推薦的最大切屑厚度范圍內。此刀在80年代初與世界先進水平相當。滾刀編號齒輪齒輪滾刀切削參數m(mm)z₂bc_pd(mm)z₀N材料涂層結構V_c(m/min)a(mm)f_a(mm/r)h_1max(mm)11.74031°46′-60216P25TiALN整體多刃齒硬質合金滾刀3955.61.80.1423.17529-0.3112112S30(601Г)-鑲齒硬質合金滾刀1757.11.80.1432.836--1083125%鈷高速鋼TiN圓磨法齒輪滾刀746.31.20.2542.836--120320整體多刃齒齒輪滾刀746.33.00.25524715°-50322整體多刃齒不重磨滾刀1204.54.40.23注：計算示例，用表1公式對4號滾刀的各因子進行計算，得F_{h#p#分頁標題#e#₁}=0.0663,F_m=0.0201,F_z₂=44.747,F_d=6.066,F_(N/z₀)=25.94,F_a=0.317,f_a=2.97取f_a=3.0mm/r
表2 齒輪、齒輪滾刀及切削參數數據
表2中的3、4號滾刀
　　這組數據為德國Fette工具廠1993年在德國Nord齒輪廠作的圓磨滾刀與整體多頭、多刃齒輪滾刀加工轎車齒輪的經濟分析的一部分。齒輪材料的抗拉強度為650N/mm²。Fette廠在數據中既給了f_a值，也給了h_1max值。經將h_1max值代入公式(1)，求得的f_a值和已知f_a值相同。這個試驗是在給定相同的h_1max值前提下進行的，說明該廠是用公式(1)來決定相應的f_a值(表1中的6個因子計算式即為該廠提供)。
　　3號與4號兩把滾刀，主要是刃齒數相差大。前者圓磨滾刀為12齒，后者整體滾刀為20齒，由于F_(N/z₀)因子與滾刀刃齒數N的關系為1.7162次方，所以兩把刀在相同的h_1max=0.25mm條件下，其相應的f_a值各為1.2和3.0mm/r，相差2.5倍。
表2中5號滾刀
　　這是意大利SU齒輪刀具廠1995年報道的一把整體多槽不重磨滾刀加工轎車齒輪的試驗數據，注意滾刀直徑小(Ø50mm)，刃齒數多(22齒)，頭數多(3頭)，每個刃齒的全高為5mm，但可承受h_1max=0.23mm的切屑負荷，滾刀材料為含鈷5%的鈷高速鋼S6-5-2-5。不重磨滾刀只在美國有市場。

　　從上述5把不同類型的滾刀可以看到，它覆蓋了現代滾刀的不同品種和結構，1、4和5號滾刀為整體結構，分別代表現代流行的先進滾刀類型，2和3號滾刀為鑲齒結構，刃齒數較少，分別代表80年代在世界上流行，但目前在歐美已讓位給在每次刃磨后能重新進行PVD-TiN涂層的、更先進的整體滾刀。表2中的各滾刀所采用的h_1max值說明，符合工具廠的推薦許可值。計算f_a值的公式(1)在實際生產中已獲得應用。

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3 h1max或fa的選取

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