滚齿进给量的选择

时间:2011-06-13 10:07:28 来源:未知

国外汽车齿轮材料一般多为硬度176～209HB的低合金结构钢。齿轮滚刀的材料多为高速钢及硬质合金两种，近年各厂重点使用整体硬质合金滚刀。
　　在轿车齿轮加工的滚剃工序中，滚齿时，齿部质量要达到剃齿要求来选定滚削速度和最大进给量。

1 滚刀进给量

欧洲工具厂的推荐值
　　德国saacke,Fette和sazzor齿轮滚刀厂均推荐以齿轮滚刀顶刃的最大许可切屑厚度(h_1max)来确定滚刀进给量。
1. 硬质合金滚刀的h_1max规定按国际标准(ISO)对硬质合金的分类：P类硬质合金滚刀h_1max为0.18mm；K类硬质合金滚刀h_1max为0.12～0.15mm。
  P类硬质合金常用牌号为P25～P40。这类整体硬质合金滚刀在新刀时要进行TiN表面涂层处理，但刃磨后一般不再进行涂层。K类硬质合金滚刀常用于对淬硬钢齿轮的齿形精加工，牌号多为K10，对较小模数的滚刀要用细颗粒硬质合金。在精滚齿时，新刀及每次刃磨后均进行TiN涂层处理。轿车方向盘转向器上的小齿轮淬硬后采用硬质合金滚刀精滚工艺。
2. 高速钢滚刀的h_1max规定对中小模数的轿车齿轮(m=1.4～2.8mm)，一般选用h_1max为0.2～0.25mm。对模数大的齿轮，可选用较大值为0.25～0.3mm。
　　上述欧洲工具厂的高速钢滚刀材料常用含钴5%的钴高速钢S6-5-2-5(S后的数字依次为钨-钼-钒-钴的百分数)，淬火硬度为65～66HRC。
美国star工具厂的推荐值
　　美国star工具厂是美国主要的齿轮滚刀生产厂之一。该厂也是推荐滚刀顶刃的最大许可切屑厚度h_1max来确定滚刀进给量。
1. 对于P类硬质合金滚刀的h_1max规定为0.15mm。
2. 对高速钢滚刀的h_1max规定为0.2～0.25mm。该厂与德国Liebherr滚齿机厂交换过意见，两厂分别导出的滚齿切屑最大厚度公式，得到的h_1max值很相近。

2 滚刀顶刃的h_1max与滚刀轴向进给量f_a的关系

　　根据滚刀顶刃最大切屑厚度h_1max值换算成滚刀轴向进给量f_a值才能在滚削加工中应用。德国人Dr.B.Hoffmeister博士于1979年在阿亨大学发表的论文中研究了滚齿中的顶刃最大切屑厚度，并建立了计算用数学公式，用它可以从顶刃切屑厚度计算工件每转的轴向进给量。此公式在顶刃切屑厚度h_1max=0.35mm对m=1的滚刀和h_1max=0.1mm对m=32的滚刀皆得到验证。德国的滚刀厂皆用Hoffmeister博士的公式从h_1max值计算f_a值。计算式为

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为6个影响因子，各有其计算式。由于各因子的计算方程式较为复杂，考虑工业应用，近年有人将其简化列于表1。影响因子名称计算方程式顶刃切屑厚度h₁因子F_h₁F_h₁=h_1max#p#分页标题#e#^1.9569齿轮法向模数m因子F_mF_m=0.0446m^-0.7730齿轮齿数z₂因子F_z₂对z₂≤120F_z₂=z₂^1.0607滚刀外径d(mm)因子F_dF_d=(d/2)^1.6145×10^-2×b^0.4403
F_d=(d/2)^0.4403 (b=0°)滚刀刃齿数N和滚刀头数z₀因子F_N/z₀F_(N/z₀)=(N/z₀)^1.7162滚刀切入深度a(mm)和齿轮齿形位移修正系数c_p因子F_aF_a=a^-0.6243
c_p影响极微，皆以c_p=0计算

表1中 h_1max——滚刀顶刃的最大切屑厚度，mm

f_a——滚刀轴向进给量/工件每转，mm/r

b——齿轮分圆螺旋角，公式中为弧度值(以度数为单位的b角，要乘p/180)

3 h_1max或f_a的选取

　　滚削实例的原始数据及按公式(1)计算所得的f_a或h_1max均列于表2，说明如下。

表2中1号滚刀
　　这是德国saacke厂在1997年国际展览会上作为新产品宣传的TiALN涂层硬质合金整体滚刀加长结构。Ø60(D)mm×150(刃长)mm×Ø27(孔)mm,体现了小直径，加长，多刃齿，多头的现代滚刀，它代表了现代硬质合金滚刀滚齿的最高水平。用来加工20MnCrS5含硫易切渗碳钢齿轮(含硫0.03%)，滚齿速度V_c=395m/min(2095r/min)，采用f_a=1.8mm/r(188mm/min)，用公式(1)计算，可得h_1max=0.14mm，此值与该厂推荐的不超过0.18mm最大许可切屑厚度相符。刀具寿命为32m/刃齿，全刀可加工12600个齿轮。
表2中的2号滚刀
　　这是成都工具研究所研制的镶齿硬质合金滚刀，1982年开始应用至今。齿轮材料为40Cr与20CrMnTi，硬度为176～209HB，滚齿速度V_c=175m/min(497r/min)。进给量f_a=1.8mm/r(31～23mm/min)。用公式(1)计算，可得加工29齿齿轮时h1_max=0.14mm，在国外推荐的最大切屑厚度范围内。此刀在80年代初与世界先进水平相当。滚刀编号齿轮齿轮滚刀切削参数m(mm)z₂bc_pd(mm)z₀N材料涂层结构V_c(m/min)a(mm)f_a(mm/r)h_1max(mm)11.74031°46′-60216P25TiALN整体多刃齿硬质合金滚刀3955.61.80.1423.17529-0.3112112S30(601Г)-镶齿硬质合金滚刀1757.11.80.1432.836--1083125%钴高速钢TiN圆磨法齿轮滚刀746.31.20.2542.836--120320整体多刃齿齿轮滚刀746.33.00.25524715°-50322整体多刃齿不重磨滚刀1204.54.40.23注：计算示例，用表1公式对4号滚刀的各因子进行计算，得F_{h#p#分页标题#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 齿轮、齿轮滚刀及切削参数数据
表2中的3、4号滚刀
　　这组数据为德国Fette工具厂1993年在德国Nord齿轮厂作的圆磨滚刀与整体多头、多刃齿轮滚刀加工轿车齿轮的经济分析的一部分。齿轮材料的抗拉强度为650N/mm²。Fette厂在数据中既给了f_a值，也给了h_1max值。经将h_1max值代入公式(1)，求得的f_a值和已知f_a值相同。这个试验是在给定相同的h_1max值前提下进行的，说明该厂是用公式(1)来决定相应的f_a值(表1中的6个因子计算式即为该厂提供)。
　　3号与4号两把滚刀，主要是刃齿数相差大。前者圆磨滚刀为12齿，后者整体滚刀为20齿，由于F_(N/z₀)因子与滚刀刃齿数N的关系为1.7162次方，所以两把刀在相同的h_1max=0.25mm条件下，其相应的f_a值各为1.2和3.0mm/r，相差2.5倍。
表2中5号滚刀
　　这是意大利SU齿轮刀具厂1995年报道的一把整体多槽不重磨滚刀加工轿车齿轮的试验数据，注意滚刀直径小(Ø50mm)，刃齿数多(22齿)，头数多(3头)，每个刃齿的全高为5mm，但可承受h_1max=0.23mm的切屑负荷，滚刀材料为含钴5%的钴高速钢S6-5-2-5。不重磨滚刀只在美国有市场。

　　从上述5把不同类型的滚刀可以看到，它覆盖了现代滚刀的不同品种和结构，1、4和5号滚刀为整体结构，分别代表现代流行的先进滚刀类型，2和3号滚刀为镶齿结构，刃齿数较少，分别代表80年代在世界上流行，但目前在欧美已让位给在每次刃磨后能重新进行PVD-TiN涂层的、更先进的整体滚刀。表2中的各滚刀所采用的h_1max值说明，符合工具厂的推荐许可值。计算f_a值的公式(1)在实际生产中已获得应用。

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