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滾齒進(jìn)給量的選擇

發(fā)布時(shí)間:2009-9-4 16:24:16  瀏覽:次

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

1 滾刀進(jìn)給量

    • 歐洲工具廠的推薦值
    • 美國star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(h1max)來確定滾刀進(jìn)給量。
    1. 硬質(zhì)合金滾刀的h1max規(guī)定 按國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)對(duì)硬質(zhì)合金的分類：P類硬質(zhì)合金滾刀h1max為0.18mm；K類硬質(zhì)合金滾刀h1max為0.12～0.15mm。
      P類硬質(zhì)合金常用牌號(hào)為P25～P40。這類整體硬質(zhì)合金滾刀在新刀時(shí)要進(jìn)行TiN表面涂層處理，但刃磨后一般不再進(jìn)行涂層。K類硬質(zhì)合金滾刀常用于對(duì)淬硬鋼齒輪的齒形精加工，牌號(hào)多為K10，對(duì)較小模數(shù)的滾刀要用細(xì)顆粒硬質(zhì)合金。在精滾齒時(shí)，新刀及每次刃磨后均進(jìn)行TiN涂層處理。轎車方向盤轉(zhuǎn)向器上的小齒輪淬硬后采用硬質(zhì)合金滾刀精滾工藝。
    2. 高速鋼滾刀的h1max規(guī)定 對(duì)中小模數(shù)的轎車齒輪(m=1.4～2.8mm)，一般選用h1max為0.2～0.25mm。對(duì)模數(shù)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(shù)字依次為鎢-鉬-釩-鈷的百分?jǐn)?shù))，淬火硬度為65～66HRC。
    　　美國star工具廠是美國主要的齒輪滾刀生產(chǎn)廠之一。該廠也是推薦滾刀頂刃的最大許可切屑厚度h1max來確定滾刀進(jìn)給量。
    1. 對(duì)于P類硬質(zhì)合金滾刀的h1max規(guī)定為0.15mm。
    2. 對(duì)高速鋼滾刀的h1max規(guī)定為0.2～0.25mm。該廠與德國Liebherr滾齒機(jī)廠交換過意見，兩廠分別導(dǎo)出的滾齒切屑最大厚度公式，得到的h1max值很相近。

2 滾刀頂刃的h1max與滾刀軸向進(jìn)給量fa的關(guān)系

　　根據(jù)滾刀頂刃最大切屑厚度h1max值換算成滾刀軸向進(jìn)給量fa值才能在滾削加工中應(yīng)用。德國人Dr.B.Hoffmeister博士于1979年在阿亨大學(xué)發(fā)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(jì)算用數(shù)學(xué)公式，用它可以從頂刃切屑厚度計(jì)算工件每轉(zhuǎn)的軸向進(jìn)給量。此公式在頂刃切屑厚度h1max=0.35mm對(duì)m=1的滾刀和h1max=0.1mm對(duì)m=32的滾刀皆得到驗(yàn)證。德國的滾刀廠皆用Hoffmeister博士的公式從h1max值計(jì)算fa值。計(jì)算式為

fa=Fh1·Fm·Fz2·Fd·F(N/z0)·Fa (1)
式中，F(xiàn)h1、Fm、Fz2、Fd、F(N/z0)、Fa為6個(gè)影響因子，各有其計(jì)算式。由于各因子的計(jì)算方程式較為復(fù)雜，考慮工業(yè)應(yīng)用，近年有人將其簡化列于表1。
表1 fa的各影響因子計(jì)算方程式(簡化式)
影響因子名稱 計(jì)算方程式
頂刃切屑厚度h1因子Fh1 Fh1=h1max1.9569
齒輪法向模數(shù)m因子Fm Fm=0.0446m-0.7730
齒輪齒數(shù)z2因子Fz2 對(duì)z2≤120Fz2=z21.0607
滾刀外徑d(mm)因子Fd Fd=(d/2)1.6145×10-2×b0.4403
Fd=(d/2)0.4403 (b=0°)
滾刀刃齒數(shù)N和滾刀頭數(shù)z0因子FN/z0 F(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(shù)cp因子Fa Fa=a-0.6243
cp影響極微，皆以cp=0計(jì)算
表1中 h1max——滾刀頂刃的最大切屑厚度，mm

fa——滾刀軸向進(jìn)給量/工件每轉(zhuǎn)，mm/r
b——齒輪分圓螺旋角，公式中為弧度值(以度數(shù)為單位的b角，要乘p/180)

3 h1max或fa的選取

　　滾削實(shí)例的原始數(shù)據(jù)及按公式(1)計(jì)算所得的fa或h1max均列于表2，說明如下。
    • 表2中1號(hào)滾刀
    • 表2中的2號(hào)滾刀
    • 表2中的3、4號(hào)滾刀
    • 表2中5號(hào)滾刀
    　　這是德國saacke廠在1997年國際展覽會(huì)上作為新產(chǎn)品宣傳的TiALN涂層硬質(zhì)合金整體滾刀加長結(jié)構(gòu)。Ø60(D)mm×150(刃長)mm×Ø27(孔)mm,體現(xiàn)了小直徑，加長，多刃齒，多頭的現(xiàn)代滾刀，它代表了現(xiàn)代硬質(zhì)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Vc=395m/min(2095r/min)，采用fa=1.8mm/r(188mm/min)，用公式(1)計(jì)算，可得h1max=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(gè)齒輪。
    　　這是成都工具研究所研制的鑲齒硬質(zhì)合金滾刀，1982年開始應(yīng)用至今。齒輪材料為40Cr與20CrMnTi，硬度為176～209HB，滾齒速度Vc=175m/min(497r/min)。進(jìn)給量fa=1.8mm/r(31～23mm/min)。用公式(1)計(jì)算，可得加工29齒齒輪時(shí)h1max=0.14mm，在國外推薦的最大切屑厚度范圍內(nèi)。此刀在80年代初與世界先進(jìn)水平相當(dāng)。
    表2 齒輪、齒輪滾刀及切削參數(shù)數(shù)據(jù)
    滾刀編號(hào) 齒輪 齒輪滾刀 切削參數(shù)
    m(mm) z2 b cp d(mm) z0 N 材料 涂層 結(jié)構(gòu) Vc(m/min) a(mm) fa(mm/r) h1max(mm)
    1 1.7 40 31°46′ - 60 2 16 P25 TiALN 整體多刃齒硬質(zhì)合金滾刀 395 5.6 1.8 0.14
    2 3.175 29 - 0.3 112 1 12 S30(601Г) - 鑲齒硬質(zhì)合金滾刀 175 7.1 1.8 0.14
    3 2.8 36 - - 108 3 12 5%鈷高速鋼 TiN 圓磨法齒輪滾刀 74 6.3 1.2 0.25
    4 2.8 36 - - 120 3 20 整體多刃齒齒輪滾刀 74 6.3 3.0 0.25
    5 2 47 15° - 50 3 22 整體多刃齒不重磨滾刀 120 4.5 4.4 0.23
    注：計(jì)算示例，用表1公式對(duì)4號(hào)滾刀的各因子進(jìn)行計(jì)算，得Fh1=0.0663,Fm=0.0201,Fz2=44.747,Fd=6.066,F(N/z0)=25.94,Fa=0.317,fa=2.97取fa=3.0mm/r

    　　這組數(shù)據(jù)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(jīng)濟(jì)分析的一部分。齒輪材料的抗拉強(qiáng)度為650N/mm2。Fette廠在數(shù)據(jù)中既給了fa值，也給了h1max值。經(jīng)將h1max值代入公式(1)，求得的fa值和已知fa值相同。這個(gè)試驗(yàn)是在給定相同的h1max值前提下進(jìn)行的，說明該廠是用公式(1)來決定相應(yīng)的fa值(表1中的6個(gè)因子計(jì)算式即為該廠提供)。
    　　3號(hào)與4號(hào)兩把滾刀，主要是刃齒數(shù)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(shù)N的關(guān)系為1.7162次方，所以兩把刀在相同的h1max=0.25mm條件下，其相應(yīng)的fa值各為1.2和3.0mm/r，相差2.5倍。
    　　這是意大利SU齒輪刀具廠1995年報(bào)道的一把整體多槽不重磨滾刀加工轎車齒輪的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，注意滾刀直徑小(Ø50mm)，刃齒數(shù)多(22齒)，頭數(shù)多(3頭)，每個(gè)刃齒的全高為5mm，但可承受h1max=0.23mm的切屑負(fù)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(xiàn)代滾刀的不同品種和結(jié)構(gòu)，1、4和5號(hào)滾刀為整體結(jié)構(gòu)，分別代表現(xiàn)代流行的先進(jìn)滾刀類型，2和3號(hào)滾刀為鑲齒結(jié)構(gòu)，刃齒數(shù)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(jìn)行PVD-TiN涂層的、更先進(jìn)的整體滾刀。表2中的各滾刀所采用的h1max值說明，符合工具廠的推薦許可值。計(jì)算fa值的公式(1)在實(shí)際生產(chǎn)中已獲得應(yīng)用。
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