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青岛齿轮厂家——探讨轴类齿轮加工的工艺创新


介绍了根据用户要求,提供整套技术方案的工艺创新。从加工刀具、冷却方式、加工设备、二次对刀等方面进行综合对比。最后,测得相应的工艺参数。
轴类齿轮由于模数小、齿数少、生产批量大、精度要求高,采用传统的剃、珩、磨加工困难且经济性差。在此背景下,对传统加工方法进行创新改革,采用高速、高效、高精度的加工设备和加工工艺,就显得非常迫切。青岛齿轮加工
根据我们对客户的加工要求的了解,对传统加工工艺进行了创新,对用户的工艺路径、加工设备、刀具选择等方面都做了一系列的改进,取得了优越的工艺性能。几年来,我们在学习国外先进经验,结合用户实际情况,进行一系列的创新,积累了一些经验。在此,仅从新工艺实践、新设备改进的角度,结合用户的实例,进行概述。青岛精密齿轮

(图一)

以客户的一款产品为例(图一):该零件为新能源汽车的一个电机轴,端部花键长度为35.8mm,模数1.5,齿数21,压力角30,渗碳淬火后,表面硬度为HRC56-62。表面粗糙度3.2以上,6级精度要求。以高速干切滚齿技术提供解决方案。围绕这一目标,我们对各个工艺环节进行综合对比:

一、 切削刀具

进行高速干切滚齿加工的滚刀性能主要取决于以下三个方面:刀具材料、表面涂层、滚刀参数与结构的设计与制造。现行切齿刀具的材料可以归结为四类:硬质合金、陶瓷、粉末冶金高速钢和高性能高速钢。陶瓷材料作为车刀刀片使用早已普及,作为复杂齿轮刀具,目前还无法实现。但陶瓷材料的某些优异性能应是进行高速干切工艺所最需要的。因此,陶瓷材料在高速干切滚刀上的应用也将是一个必然的发展趋势,特别是在硬齿面刮削刀具上的应用前景看好。目前用于高速干切硬齿面加工的滚刀材料主要是硬质合金一类,而用于软齿面高速干切加工的滚刀材料主要是高速钢,也有采用硬质合金的。
采用高速干切削,若仅仅使用目前已有热稳定性好刀具材料优化刀具几何形状,仍未能达到很好效果。因此,采用刀面上涂覆隔热性好硬涂层具有固体润滑性能软涂层,使刀具能承受更高切削温度。
涂层主要有两点作用:其一,提供了低摩擦层,减少了刀具与工件表面之间摩擦粘结,相当于切削液润滑作用;其二,刀具切削之间起到隔热作用,阻止切削热向刀具传播,相当于切削液冷却作用。
高速干切的核心问题是刀具的磨损问题,因此在切削过程中密切注意刀具的磨损情况,除加工工件的齿廓检查外,也可结合传统的刀刃磨损检查,采取较好的进给方式和确定合理的重磨时间。根据刀具的磨损情况及时调整工艺,这对提高加工精度,较好地实施高速干切滚齿工艺是至关重要的。对于切削速度,进给量,切深三大切削参数的选择,我们进行了综合对比,最终我们选择了性价比高的粉末冶金合金钢滚刀作为解决方案。

二、冷却方式

高速干切技术的冷却方式主要是进行空气冷却,以压缩空气冷却系统替代湿切滚齿机的冷却系统。在空冷的基础上,增加微润滑装置,这样刀具的使用寿命和表面切削质量可以得到很大提高。
微润滑的原理是通过精密的啧油装置将微量的润滑剂喷到切削加工的刀刃上进行润滑,这个过程多半是通过压缩空气进行的。微润滑与传统的油润滑有着本质的区别。传统的油润滑担负着冲洗、冷却、润滑三大功能,油的用量很大,切削加工时以矿物油为基础添加极压抗磨剂配制的润滑油对工作人员和环境造成危害。微润滑只起润滑作用,其余的功能由压缩空气承担。微润滑所使用的润滑剂是一种从植物中提炼的纯天然环保安全可生物分解的润滑油,对人员及环境不造成危害。该产品是由精炼基础油复配不同比例的硫化猪油、硫化脂肪酸酯、极压抗磨剂、润滑剂、防锈剂、防霉杀菌剂、抗氧剂、催冷剂等添加剂合成,产品因此具有极佳的对数控机床本身、刃具、工件的彻底保护性能。切削油有超强的润滑极压效果,有效保护刀具并延长其使用寿命,可获得极高的工件精密度和表面光洁度。微润滑装置的安装调整控制都较简单,一次性投入也不高,但效果是肯定的。

三、加工设备

现代机床是承载现代制造理论和技术的综合体,机床对高速干切滚齿工艺而言,也还存在多方面的影响,如机床合理的运动参数、整体的刚性、抗振性等,在选择设备时须综合考虑。在我国还不能普及高性能数控滚齿机的情况下,许多厂家通过调整普通滚齿机的传动精度,提高整体刚性等措施实施高速干切滚齿工艺并取得了较好的效果。但无论何种方法和途径,要较好地实施高速干切滚齿工艺,设备的因素仍都是第一位的。
由于高速干式切削加工过程会产生更大切削力更多切削热,从而导致刀具与工件之间振动以及机床热变形明显增大,因此选用机床基础构件(如立柱、床身、工作台等)三刚度要大,如采用人造花岗岩等新材料整体制造床身,不仅三刚度好,而且减振效果明显。此外,将被认为“21世纪新式数控机床”、“机床结构重大技术革命”虚拟轴机床与高速干式切削加工技术结合起来,将会获得更好效果。
目前,国内机床以中低端产品为主,经济适用,但精度、效率有待提高。国外以高端产品为主,精度、效率尚可,但因其价格因素等,很难为中小企业接受。最终,我们根据客户的要求,专门研发定制了一款卧式滚式滚齿机如图二,采用了颇具创意的十字滑座设计和“虚拟Y轴技术”,可加工的工件种类类很多。刀座旋轴角度大,可进行蜗杆铣削加工。性能可以比美德国机床,用户非常认可。
图二

四、二次对刀技术

目前,有的小模数齿轮加工,滚齿以后,进行淬火处理,表面硬度达到HRC60左右。用传统的剃、珩工艺无法加工。磨齿成本太高,只能进行二次滚齿,又称二次刮齿。以客户的齿轮轴为例,这是一款高铁客车用产品,材料特殊,整体淬火后的硬度为HRC60左右。花键部分长度为124mm,齿数18,模数2.5,压力角30,表面粗糙度3.2以上,6级精度要求。客户的工艺路线是第一次滚齿时,留0.1-0.15mm的加工余量,进行渗碳热处理,淬火后,进行二次刮齿。为了进行二次刮齿,在设备的选择上,必须考虑有二次对刀功能。用传统滚齿设备,无法实现二次对刀。即使是有些数控滚齿机上,也没有二次对刀功能。如果用人工对刀滚齿,精度低,无法实现批量生产。这样,只有加装了二次对刀功能的PLUS版的高速数控滚齿机才能担当此重任。关于二次对刀装置,是一个自动测量反馈部件。在工件C轴的一侧,有一个自动测量头,对齿轮的齿廓进行自动测量,读取数据后,反馈给系统。由系统指令C轴进行自动补偿找正。整个过程只需6s左右的时间,而且精度很高,有利于实现自动化生产刀具的选择,因为是高速干切滚齿,必须用硬质合金滚刀。为此,采用相同规格的齿轮滚刀,仅是表面涂层不同而已。一把用于淬火前滚切,另一把用于淬火后滚切。因为淬火后的切削余量少,刀具的使用寿命,相对较长。通过多次的切削试验,我们得出了如下工艺参数:


综上所述,在齿轮加工过程中,根据用户要求,引进新工艺、新设备,对提升产品质量,提高生产效率,都有很大的帮助。对以上的一点心得,期待着与更多的业内朋友进行切磋技艺,共同提高。