一次生產(chǎn)中剃齒拉毛的原因分析

劉欣，金瑞

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

前言

剃齒是齒輪在滾齒后的一種齒形精加工方式，剃齒后的表面質(zhì)量對(duì)嚙合噪音的影響很大，采用先進(jìn)的剃齒工藝，可將齒向精度提高2-3個(gè)等級(jí)，齒形精度提高2-3個(gè)等級(jí)，齒距的精度提高1-2個(gè)等級(jí)。剃齒加工技術(shù)在我單位應(yīng)用廣泛，具有加工過(guò)程靈活而迅速、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于各種原因，剃齒后齒面粗糙度超差，造成齒面拉毛現(xiàn)象，剃齒刀痕深，嚴(yán)重影響了齒輪的表面質(zhì)量。

1 問(wèn)題提出

圖1 剃后零件實(shí)物圖

2014年7月我公司生產(chǎn)車間南京第二機(jī)床廠剃齒機(jī)，型號(hào)為Y4232CNC，該機(jī)床加工的齒輪發(fā)生連續(xù)嚴(yán)重齒面拉毛情況。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)已加工零件齒面光潔度差，刮痕明顯，個(gè)別刮痕深刻，指尖觸感明顯。具體情況如圖1所示。

2 原因分析

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)分析，以下幾種因素可能會(huì)影響剃齒后零件的表面質(zhì)量：

2.1 毛坯原材料存在問(wèn)題，剃齒拉毛由于材質(zhì)缺陷引起

剃前齒輪如果材料密度不均勻，含雜質(zhì)，局部有缺陷及韌性大等，都會(huì)使剃齒刀在齒面上局部地方有滑刀，切不下切屑，而在另一些地方啃入齒面時(shí)，影響表面粗糙度。齒輪的硬度同樣也會(huì)影響，硬度太高，容易崩齒，會(huì)影響刀具壽命；硬度太低會(huì)會(huì)容易黏刀，影響齒面粗糙度。

2.2 剃齒刀具設(shè)計(jì)及及質(zhì)量問(wèn)題

調(diào)整剃刀的螺旋角減小軸交角，剃齒嚙合時(shí)兩齒面的貼切面增大，剃齒平穩(wěn)性和導(dǎo)向性增強(qiáng)，能夠減小振動(dòng)，提高齒輪的精度和光潔度。改進(jìn)剃刀梳槽結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度允許的情況下，增加容屑槽寬度，改善排屑效果。

2.3 剃齒切屑用量設(shè)置不合理

剃齒切屑用量的選擇合適與否，直接影響加工齒輪的精度和齒面表面粗糙度，切削速度、徑向進(jìn)給量，縱向進(jìn)給量，光整行程次數(shù)，均會(huì)影響齒面的表面質(zhì)量，其中，縱向進(jìn)給量對(duì)齒面粗糙度的影響比較明顯，在縱向進(jìn)給量比較大的時(shí)候，齒面會(huì)出現(xiàn)比較規(guī)則的波紋。

2.4 切削油的影響

剃齒切削油具有潤(rùn)滑，冷卻、防銹、清洗等方面的作用，具有良好潤(rùn)滑條件的切削油，可以有效改善切削過(guò)程的摩擦條件，減少了摩擦因素，降低了加工表面的粗糙度值。切削油壓力不夠，鐵屑沖不出來(lái)，粘稠程度不好，或有雜質(zhì)刮傷齒面。

3 試驗(yàn)排查過(guò)程

隨后，采取了相關(guān)實(shí)驗(yàn)措施對(duì)可能因素逐一進(jìn)行了排除。以下是試驗(yàn)過(guò)程分析：

3.1 毛坯原材料

該零件材料為8620RH，隨機(jī)抽取其中2件進(jìn)行理化分析，檢測(cè)其金相組織及硬度，結(jié)果如下：

圖2 試件1及試件2毛坯金相圖

從圖2及表1的金相組織及被測(cè)硬度值來(lái)看，該材料滿足TES-019標(biāo)準(zhǔn)要求，顯微組織為均勻分布的鐵素體，含有30%以內(nèi)的斷離珠光體的細(xì)珠光體。硬度滿足修正后的標(biāo)準(zhǔn)值HB153-HB185。組織及硬度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 硬度值

另外，在相鄰兩臺(tái)機(jī)床更換了毛坯試剃之后，發(fā)現(xiàn)1#問(wèn)題剃齒機(jī)床仍然存在拉毛現(xiàn)象，而2#正常剃齒機(jī)床無(wú)拉毛現(xiàn)象。且在2#剃齒機(jī)加工的毛坯來(lái)源比較中，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)機(jī)床加工的毛坯屬于同批次，性質(zhì)相同。

故可以排除是毛坯質(zhì)量問(wèn)題造成剃齒拉毛。

3.2 剃齒刀具質(zhì)量分析

首先查閱了剃齒刀的設(shè)計(jì)圖紙，該剃刀的梳槽結(jié)構(gòu)如下圖所示，齒距滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3 剃刀梳槽結(jié)構(gòu)

刀具設(shè)計(jì)符合要求，為了排除刀具制造質(zhì)量問(wèn)題，在1#剃齒機(jī)上共更換了5把不同進(jìn)口剃齒刀，該五把剃齒刀均經(jīng)過(guò)多次修磨并進(jìn)行試剃，發(fā)現(xiàn)所加工零件均有不同程度的拉毛現(xiàn)象，將更換的剃刀安裝至2#剃齒機(jī)，拉毛現(xiàn)象得到改善。

故可以排除是刀具質(zhì)量原因引起的拉毛。

3.3 切削參數(shù)分析

為了排除是剃齒夾具造成的拉毛問(wèn)題，還將2#機(jī)床的夾具更換到1#機(jī)床上，拉毛情況未見好轉(zhuǎn)。首先，兩臺(tái)剃齒機(jī)床采用相同的切削參數(shù)進(jìn)行試加工，結(jié)果仍為1#剃齒機(jī)床存在拉毛現(xiàn)象，而2#剃齒機(jī)床無(wú)拉毛現(xiàn)象。之后，對(duì)1#剃齒機(jī)切削參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，調(diào)高了剃刀轉(zhuǎn)速并降低了X軸方向的進(jìn)給率，雖然情況有所好轉(zhuǎn)但仍有嚴(yán)重拉毛問(wèn)題。

故排除機(jī)床夾具差異及切削參數(shù)不合理所造成拉毛問(wèn)題的假設(shè)。

3.4 剃齒切削油分析

1#機(jī)床與2#機(jī)床均采用的是JAEGER200A切削油，適用于多種高拉力鋼的重負(fù)荷加工，也可用于滾齒、刨齒、剃齒、插齒以及梳槽、成形磨削和拉削等加工。而液壓油采用的是L-HM32抗磨液壓油，其具有優(yōu)異的抗磨性能，良好的抗氧，抗氧化，抗泡，防銹等性能。

對(duì)1#機(jī)床與2#機(jī)床進(jìn)行JAEGER200A切削油采樣，進(jìn)行理化分析，得到的40℃運(yùn)動(dòng)粘度如下表所示：

表2 運(yùn)動(dòng)粘度對(duì)比

運(yùn)動(dòng)粘度反映的是油品的內(nèi)摩擦力，是表示油品油性和流動(dòng)性的一項(xiàng)指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)粘度越大，油膜強(qiáng)度越高，清洗性和冷卻性越差，運(yùn)動(dòng)粘度越小，油膜強(qiáng)度越低，清洗性和冷卻性越好。而油膜具有抵抗壓力不破裂，并能保持足夠厚度，從而防止摩擦面直接接觸的能力。

查閱相關(guān)資料，1#機(jī)床與 2#機(jī)床所用的抗磨液壓油（L-HM32）在 40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度約為 30.69cSt，低于JAEGER200A切削油的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)粘度。

在調(diào)查的過(guò)程中發(fā)現(xiàn) 1#機(jī)床的抗磨液壓油（L-HM32）加油頻繁，是其他機(jī)床的兩倍之多，因此猜測(cè)存在漏油現(xiàn)象，但機(jī)床下方油盤漏油并不明顯，故推測(cè)為液壓油漏進(jìn)機(jī)床內(nèi)部，與切削油混合導(dǎo)致切削油運(yùn)動(dòng)粘度降低。從而影響了切削液形成的油膜強(qiáng)度，降低了潤(rùn)滑效果，造成齒面拉毛。

此外，J-200A切削油中含有一定比例的進(jìn)口氯化石蠟、進(jìn)口磷酸酯、含硫添加劑、抗氧添加劑、石油磺酸鹽，具有極壓、抗磨等性能，混入液壓油后各種添加劑含量的降低也會(huì)影響切削油的性質(zhì)及效果。

據(jù)此，對(duì)切削油JAEGER200A進(jìn)行了更換，拉毛問(wèn)題得到了解決。

4 結(jié)語(yǔ)

此次剃齒拉毛問(wèn)題的解決，通過(guò)對(duì)不同的原因進(jìn)行逐一排查，得出是由于切削液變質(zhì)，運(yùn)動(dòng)粘度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，切削油的潤(rùn)滑、抗壓、抗磨能力降低，造成剃齒后齒面粗糙度增大，剃齒拉毛現(xiàn)象。在更換液壓油后拉毛問(wèn)題得到了暫時(shí)的解決，但要長(zhǎng)期避免此問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)檢查并維修機(jī)床的液壓油路，避免液壓油過(guò)多混進(jìn)切削油的循環(huán)系統(tǒng)。這將直接導(dǎo)致切削油使用周期變短，剃齒拉毛問(wèn)題頻繁出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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