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齒輪加工用高效带柄滚刀的特点与应用

来源:     阅读次数:26     發布時間:2017-10-10

競爭激烈的全球市場要求齒輪制造商不斷突破提高生産效率和降低生産成本的極限,這就意味著必須采用由優質材料制造並用高性能塗層保護的先進滾刀進行高速滾削加工。由于先進刀具的價格較高,因此有些生産車間不願意使用高效滾刀,這是因爲他們沒有全面分析生産流程的各個方面,以確定正確的成本計算方法--從計算總成本到計算每件加工成本。

为了实现更高的齿轮切削效率,滚刀的设计正趋向于开发高效、多头的带柄滚刀。带柄滚刀采用整体工具钢材料制造,直径较小,通常比带孔滚刀更长一些。它们安装在滚齿机上时,是通过两端的柄颈定位,而不是像带孔滚刀那样安装在心轴上。例如,蓝帜Fette可转位硬质合金重载切削滚刀设计构想是用经济的可转位硬质合金刀片与众所周知的滚切优势的结合,在规定的时间内,可以在高切削速度下切除大量金属,重磨和再涂层对于传统滚刀是必需的,而在这里没有必要。大大节省了修磨成本和换刀时间,这将减少机床的投入,从而减少厂房的建设,真正为用户节省大量的成本;格里森公司(Gleason Corp.)的Genesis带柄滚刀采用了D驱动机构,即利用滚刀键销的整个表面接触来传递扭矩。一般来说,在大多数机床上采用的平面对平面驱动机构在高应力线接触产生的扭矩作用下,容易在接触面上出现微小错位。

整體式帶柄滾刀通常用于加工蝸輪,要求滾刀直徑與被加工蝸輪直徑比較接近。經過優化設計的帶柄滾刀最適合用于大批量、高效率加工。而大直徑、大螺距齒輪(如卡車傳動箱或礦山機械用的齒輪)通常是用帶孔滾刀加工的。

對于帶柄滾刀和帶孔滾刀而言,可縮短切削時間的影響因素包括提高進給率、滾刀速度和增加滾刀頭數。滾刀設計者爲了優化滾刀性能,嘗試采用小直徑滾刀,因爲在給定的表面速度(sfm)下,滾刀的直徑越小,切削速度就越高。由于帶柄滾刀直徑較小且無孔,與類似直徑的帶孔滾刀相比具有更大的長度,因而可獲得更多的可移動切削區,並使滾刀每走刀一次可以切削更多工件。具有鋒利切削齒的滾刀沿著其軸向移動進入切削區。

格里森公司的设计经理Glenn Schlarb解释说,“带柄滚刀的高生产率是在每次走刀中沿着滚刀都有更多移动位置的结果,并且由于采用了具有高耐磨性的滚刀材料和刀具涂层,增加了滚刀的走刀次数,使每把滚刀可以加工更多的工件。”

滾削加工既可使用也可不用冷卻液。但是,許多用戶更願意采用幹式滾削,因爲它可以消除環境汙染,並節省與處理冷卻液相關的成本。爲了在高速幹滾削條件下保護切削刃,幹式滾削要求滾刀采用具有高溫穩定性和低熱傳導率的優質塗層。

由于帶柄滾刀采用了整體結構,並且將其安裝在滾齒機上所用的零件也較少,因此其裝配剛性優于帶孔滾刀。滾刀可在安裝于頂尖之間的狀態下對其刃磨、安裝和測量精度進行檢測。與帶孔滾刀相比,帶柄滾刀消除了孔與心軸之間的累積徑跳誤差,以及由隔離件與安裝螺母引起的搖擺誤差。

用于制造帶柄滾刀的優質鋼材牌號具有高耐磨性以及高水平的室溫硬度和切削高溫下的紅硬性。雖然優質鋼材和塗層比性能較低的材料成本更高一些,但可以制造出切削速度更高的小直徑帶柄滾刀,從而可縮短加工循環時間和降低每件加工成本。在適當的加工條件下,這種每件加工成本效益通常要大于每件刀具成本的增加,從而可以降低每件工件的加工總成本。

在滾削加工中,采用合適的刀具塗層至關重要,它可以提高生産率和降低加工成本,在某些加工場合,可使刀具壽命提高一倍,不但能節省刀具成本,而且能減少換刀次數,縮短停機時間。

欧瑞康巴尔查斯涂层公司(Oerlikon Balzers Coating)的技术主管Dennis Quinto博士指出,切削刃的制备对于涂层性能具有重要影响,而这通常是刀具性能一个未受到很好控制的因素。锋利的切削刃可以产生较小的切削力和较低的切削热,但涂层较薄,会增大切削刃崩刃的危险,因此只适合小进给率切削;经过钝化处理的切削刃上涂层较厚,具有更稳定的抗崩刃性,但产生的切削力也较大;经过倒棱和钝化处理的切削刃具有最稳定的抗崩刃性,因此非常适合硬脆刀具材料(如硬质合金)和大进给率切削。

由于在滾削加工中,切削速度和切削深度應隨著工件材料抗拉強度的增加而降低,因此選用合適的塗層可提高切削速度(在某些情況下還能提高進給率)。PVD塗層可對幾乎所有滾刀提供保護。標准的TiN塗層對于采用潤滑劑的低速滾削有效;TiCN塗層可以增加滾刀的硬度和耐磨性,適合加工磨蝕性工件材料;TiAlN塗層是爲幹式切削開發的,具有極好的韌性和耐高溫性能。最近爲幹式切削開發的新型AlCrN塗層則具有更優異的耐磨性、耐熱性和抗氧化性。