摘要：本文主要介紹了齒輪幹式滾齒的產生和發（fā）展過程，並以我公司齒輪（lún）加工為例，詳（xiáng）細介（jiè）紹了幹式滾（gǔn）齒切（qiē）削的機床、刀具、切（qiē）削參數等關（guān）鍵工藝。

劉新保工程師 主要從事機械轉向器齒輪、齒條加工及裝配工藝研究

  
       齒輪幹式滾齒（chǐ）的產生和發展
 
       20世（shì）紀60年（nián）代以來，世界各國一直在為采用硬質合金滾刀以提高滾齒工藝水（shuǐ）平（píng）而努力。在我國（guó）重型機械行業中，對於模數較（jiào）大的淬硬齒輪（硬度50～52HRC），進行刮齒精加工，精度可保證達到7～8級，個別情況也可達到6級精度（dù）水平，在這（zhè）方（fāng）麵已有成熟的（de）加工經驗，基本與國外水平相（xiàng）當。進入90年代（dài）中期，新型成形磨齒機的出現，使（shǐ）磨齒效（xiào）率（lǜ）和精度大大提（tí）高，從（cóng）而減輕了對（duì）進一步提高刮齒工（gōng）藝的需求，研究工作的重心也隨之轉移到了針對大批（pī）量生（shēng）產的滾－剃－珩汽車齒輪上來。近年來，為了進一步提高生產（chǎn）效率和降低成本，尤其是隨著環保立（lì）法對切削液的使用和（hé）廢油（yóu）處理的限製，齒輪加工研究工作的重心又轉向了不用切削（xuē）液的幹式齒輪加工，以求取（qǔ）得更好的社會和經濟效益。
  
 

  
      日本（běn）三菱（líng）、美（měi）國的格裏森和德國利勃海爾等公司都在齒輪幹（gàn）切（qiē）削（xuē）方麵做了大量工作。三菱公司推出了世界上第一（yī）台幹（gàn）滾切（qiē）係統，其切削速度是傳統（tǒng）滾切速度的2倍（bèi），達到了200m/min。三菱公司專門設計了塗有專有塗層的MACH7高速鋼滾刀，這（zhè）種塗層有助於散熱和減小刀具與工件材料（liào）之間的摩擦，刀（dāo）具壽命是一般濕式加工的5倍。這一係統在加工汽車末級（jí）傳動齒輪、大型載重齒輪、汽車小（xiǎo）齒輪及（jí）行星齒輪時效果均很理（lǐ）想，使生產成本降低40%；格林森（sēn）公司在Phoenix機床上用（yòng）硬（yìng）質合金滾刀（dāo）幹切削（xuē）方法（fǎ）加工錐齒輪，滾切速度達3 000r/min，與傳統的高速鋼刀具相比，切削時間減少50%，而且表麵粗糙度值顯著降低。能否順利進行幹態高速滾齒（chǐ），不是簡（jiǎn）單地將普通滾齒機（jī）的轉速提高和關斷切削液係統（tǒng），而是需要在切（qiē）削理論上的（de）全麵突破（pò）和（hé）刀（dāo）具、機床以及（jí）工藝技術的重大改進。
 
     隨（suí）著齒輪的傳動速（sù）度、承（chéng）載能力、使用壽命等要求的提高，以及運行噪聲、製造成本降低的需（xū）求，業內對齒（chǐ）輪的設計、加工等提出了更高的要求。特別近年來（lái），硬齒麵和調質硬（yìng）度在350HB左右（yòu）的中硬齒麵齒輪的推廣及應用（yòng）幾乎取代（dài）了軟齒麵齒輪，這給齒（chǐ）輪的製（zhì）造帶來了（le）一定的難度，同時對齒輪刀具和（hé）齒（chǐ）輪製造（zào）裝備提出了更高的要求。
 
     幹式滾齒技術實例分析
 
     1.高速切削的優（yōu）點（diǎn）
 
    （1）高效率，低成本。高速幹式滾齒的效率是傳統濕式滾齒的3～4倍，而刀具壽命是一般濕式加工的5倍。在齒輪加（jiā）工中，使生產成本降低40%。
    （2）綠色環保。幹式滾齒（chǐ）因為不（bú）用切削液，不但節省了資（zī）源，降低了製造成本，而且沒有了環境汙染，符合綠（lǜ）色製造的發展理念，也（yě）符合愛護環境、保護環（huán）境的環保要求。沒有切（qiē）削油對環境的汙染。
    （3）機床結構緊湊。幹（gàn）式滾（gǔn）齒省去了油屑分離過程，無冷卻（què）潤滑油箱和油（yóu）屑分離裝置以及相（xiàng）應的電氣設備，因此（cǐ）機床結構緊湊，占（zhàn）地（dì）麵積小（xiǎo）。
    （4）節省了後續處理成本（běn）。因為此過程為幹式切削，冷卻用風進行冷卻，工件表麵無冷卻液殘留，後續不需要對工件進行清洗等操作，節省清洗機及清洗過程。降低（dī）生產成本。
 
    幹式切削相對於濕式切削有一（yī）個共同的（de）特（tè）征：提高切削（xuē）速度，盡量縮短刀具與切屑的接觸時間，使切削（xuē）產生的熱（rè）量盡可（kě）能多地被切屑和冷卻空氣帶走。因此，幹式滾齒在應用中的關鍵（jiàn）技術均與此相關，具體包括機床、刀具和工藝參數3個方麵。
 
    2.機床的選擇
 
    幹式高速滾齒（chǐ）工藝對滾齒機的要求，除了強度（dù）、剛度和抗振性等基本要求外，還應滿足以下條（tiáo）件：提供足夠高的切削速度和切削（xuē）功率，合理的空氣冷卻方式及（jí）冷卻點分配，從而保證工件（jiàn）質量和延長滾刀壽命。
  
    我公司采用（yòng）的是三菱公司（sī）GE15A立（lì）式滾齒機，該款機型為全球首台實現完（wán）全幹式切削的齒輪加工機床。GE15A可加工直（zhí）徑（jìng）150mm以下的齒輪，無切削液幹式加工對環境汙（wū）染小其主要特征；采用超幹切滾齒技術，實（shí）現高效率高（gāo）精度切削；標配不鏽鋼（gāng）機身外罩，加工區域封閉，提供（gòng）完善的防切屑措施。
  

  
     3.刀具的選擇
 
     幹切滾刀對（duì）原材料（liào）是用硬質合金還是用高速鋼、什麽成分及（jí）牌號、用什麽塗層、熱處理硬度值（zhí）、刃磨後處理要求、能達到的滾齒速度和進給量，使用（yòng）後它（tā）的磨損特（tè）征是什麽，這些都需要（yào）在（zài）刀具選擇的時候進行考慮，確保刀具的壽命、更換（huàn）周期和（hé）經濟性等。
 
     經過綜合考慮，我公司選擇（zé）三菱（líng）公司的專用幹切刀（dāo）具（jù），材料為：MACH 7。該材（cái）料為三菱公司為了幹切工件專門開發的刀具材料，可以滿足一般的齒輪的幹切（qiē）要求，熱處理硬度為：65.5～66.5HRC。刀具的精度為：AA級。
 
     刀具塗（tú）層的要求：為了提高刀具的壽命和切削速度，必須對刀具進行塗層。考慮到（dào）刀（dāo）具修磨後還要進行重（chóng）新塗層，必須對塗層材料進行選（xuǎn）擇，需要（yào）注意的是，塗層材料不（bú）能和刀體材料進行化學反應，具有可退塗性。綜合考慮後我公司選擇BALZERS公（gōng）司的（de）AlCrN塗層材料，塗層顏色為亮灰色，經過塗層（céng）後刀具的（de）表麵硬（yìng）度達到3 200HV，最大工（gōng）作溫度可以到1 100℃，切削速度可達到（dào）500m/min。工件和刀具的參數見表1。
 
                            表（biǎo）1 工件和刀具的參數
  
    
   
     4.切削參數的（de）選擇
  
     滾齒加（jiā）工（gōng）工藝參數（shù）的選（xuǎn）擇要根據齒輪技術要求、生產批量大小來確（què）定。我公司的齒輪加工為大批量生產，並且生產節拍要求在50s以內，這就要求在製（zhì）定工藝參數（shù）時，必須滿足生（shēng）產節拍，確保每班的（de）產量滿足客戶需求。濕切加工和幹切（qiē）加工的工藝參數對比見表2。
 
 
                                 表2 工藝參數的對比
  
    
  
     經過上麵（miàn）的（de）加工參數對比，可以發現，在同樣的工件精度下，幹切加工（gōng）效率更高，保證了生產節拍。同時為了保證幹切的正常（cháng）進行，需要對刀具修磨後進行塗層，來提高刀具的壽命。每個工件刀具成（chéng）本（běn）=[刀（dāo）具購買成本+刀具修磨次數×（修磨成（chéng）本+刀具塗層成本（běn））]÷（新到（dào）加工工件數+刀具修磨後加工工（gōng）件數（shù）×刀具修磨次 數），通過計算（suàn），濕切時每個工件刀具成本0.7941元，幹切時每個工件刀具成本0.2522元，幹（gàn）切加工大大降低了成（chéng）本（běn）。
 
 
     結語
   
     從滾齒加工效果和（hé）加（jiā）工過程看出，采用濕式切削（xuē）可以滿足產品精（jīng）度要（yào）求，但與幹式切削相比，後者（zhě）優勢非常突出：一是（shì）冷卻方（fāng）式不同，幹式切削可以（yǐ）減少冷卻油的用量，減少對環境的汙染，降低成本（běn）；二是幹式切削加工完成後，可以將工件直接進行（háng）淬火處理，節省了清洗工件表麵切削液的（de）過程；三是幹式切削加工效率可以提高30%左右，刀具（jù）塗（tú）層後使（shǐ）用壽命可以提高7倍（bèi），相應地可以減少換刀次數，減少停機時間，提高生（shēng）產效率；四是幹式滾齒相比（bǐ）式滾齒的綜合生產成本可以降低（dī）50%左（zuǒ）右。