硬切削技術在硬齒面齒輪加工中的應用研究

沙蘇林

摘 要：硬切削技術作為生產加工技術的一種，體現了較強的先進性，能夠銑削和車削硬度較高的金屬材料。近年來，硬切削加工技術取得了良好的應用效果，展現出了較強的環保、節能及高效技術優勢，被廣泛應用于硬齒面齒輪加工中，受到了國內外的廣泛關注。本文對硬切削技術進行簡要技術，分析硬切削技術特點及硬齒面齒輪加工技術，詳細分析了硬切削技術在硬齒面齒輪加工中的應用研究。

關鍵詞：硬切削技術;硬齒面齒輪加工;齒輪定位面;齒輪齒形精加工

前言：齒輪是動力及傳遞運動中的一種基礎元件，在硬齒面齒輪加工中展現出了十分重要的作用。現階段，齒輪在實際的發展過程中用硬齒面來替代軟齒面，硬齒面齒輪的齒面硬度相較于HRC40齒輪較大，在實際的應用過程體現出了多種優勢特征，包括其體積小、重量輕、使用壽命長等，另外還具有承載能力大、傳動質量好及相對使用成本低等優勢。但是齒輪在經過淬硬處理時，無法避免會出現變形情況，副傳動過程中齒輪存在噪聲大、工作效率低的問題，因此在硬齒面齒輪加工中應用硬切削技術是必要的手段之一。

一、硬切削技術介紹

硬切削技術針對的是硬度較大的材料進行切削加工的技術手段，包括球墨鑄鐵、淬硬鋼、粉末冶金等，該種技術通常被廣泛應用于精加工及半精加工的一種工藝方法，在進行切削加工期間一般是使用超硬的刀具來進行。國際上對硬切削技術進行研究的時間為20世紀80年代初期，該項概念致力于研究相關的機理。硬切削的概念及特點提出的時間為1993年，該項概念分別由德國和美國提出。在1996年10月份舉辦的VDI專家討論會中，對硬切削加工在汽車工業機器相關配套產業中的應用合理化及應用潛力進行分析。現如今，硬切削技術逐漸發展，其精密效果增強，干式切削和高速切削優勢充分發揮出來，與精密加工相結合成為了一種高效經濟的加工工藝。我國的相關研究學者也開始了更加深入的研究，針對硬切削技術的原理和刀具的切削性能等深入探索，逐漸取得了一定的顯著成績[1]。

二、硬切削技術特點

硬切削技術在硬齒面齒輪加工中應用，展現出了以下特點：

（一）工藝柔性良好

硬切削技術在實際的應用過程中，無需使用專用的刀具、機床及夾具，各項操作可在現有的數控機床上進行操作，磨削加工技術相較于磨床使用價格更高。

（二）經濟性好，生產效率高

硬切削技術在開展切削加工時，需要借助超硬的刀具來開展加工工作，刀具的切削速度每分鐘為250m，在單位時間內，會明顯提升金屬去除率，大大提高了生產效率，最大程度的縮短加工的時間成本，和磨削加工相比，硬切削技術的成本僅是磨削加工的1/4。

（三）環保性能好

由于刀具材料性能及數控機床性能的提升，在實際的應用過程中應采用干式切削與硬切削相結合模式，在磨削加工過程中避免出現無法重復利用磨屑及冷卻液混合物的情況，提高了硬切削產生的磨屑利用效率，實現了資源利用最大化，提高了整體加工過程的環保性。硬切削技術在經過了20多年來的發展及應用，促使刀具成本大大降低，性能明顯提升，并且在國內外硬切削技術取得了良好的應用效果及質量，應大力推廣及使用。

三、硬齒面齒輪加工技術

（一）滾齒加工

滾齒加工作為一種高效及應用廣泛的齒廓加工方式，在實際的應用過程中加工方式是以交錯軸斜齒輪嚙合為原理，被應用到加工軟齒面的生產中，取得了顯著的應用效果。為了提高滾齒機的剛性，需運用先進的刀具涂層技術、高性能高速鋼技術和硬質合金技術。通常將齒面的硬度控制在HRC40-64，齒輪加工方式以精滾加工及半精滾加工方式為主，通過預加工環節去掉淬火變形量后，縮短整體的磨齒工時，齒輪的疲勞強度能夠大大提升[2]。

（二）插齒加工

硬齒面齒輪加工技術中的插齒加工是切齒方法的一種，在應用插齒加工技術的過程中應用到的插齒刀具主要以齒輪狀、齒條狀的刀具為主，和被加工的齒輪同時使用，在合理的速度范圍內進行運動。沿著齒長方向，刀具通過往復運動來進行切削加工，此加工方式的應用范圍廣泛，包括多聯齒輪和內齒輪加工中均應用到了此種加工方式。精插削過程中使用到了硬齒面齒輪，針對硬質合金插齒刀，通過精加工和熱處理環節，以HRC45-64為硬齒面齒輪的原材料。在實際的插齒加工技術應用中，整體的工藝操作過程具有低成本、高效率的優勢，操作過程簡單方便，針對直齒外齒輪、帶臺肩齒輪、硬齒面的內齒輪的加工發揮了關鍵作用。

（三）剃齒加工

剃齒加工屬于一種精加工方式，加工的對象以斜齒輪和直齒輪為主，在實際的加工過程中主要是采用剃齒刀加工方式，有助于促進齒輪質量的提升，齒輪的精度可高達5-7級，有助于促進剃齒刀生產效率及耐用度的提升。普通的剃齒法一般僅適合應用于軟齒面精加工中，在硬齒面加工中不能取得良好的應用效果。硬齒面剃齒法作為一種新型的加工技術，其在實際的應用過程中，相較于普通剃齒，刀具與工件能夠實現高速同步運動。一般在剃齒加工中主要是使用硬度為HRC50的中硬齒面精加工方式，所使用的材料以高性能高速鋼為主。

四、硬切削技術在硬齒面齒輪加工中的應用

（一）在硬齒面齒輪定位面精加工中的應用

針對淬硬后的齒輪加工，在開始精加工的初期首先加工齒形，采取精加工定位基準面的方式，對多個部位展開作業，例如內孔、外圓及端面，通常需要將磨削加工技術應用于傳統的加工工藝中。磨削加工技術在實際的應用過程中效率較低，影響環保效果及質量。而將硬切削工藝應用于硬齒面齒輪加工中，直接解決了這一難題，例如針對高速重載齒輪的作業，當需要進行硬切削定位時，在實際的應用過程中，使用的原材料通常為20CrMnTiH，將表面滲碳淬火后的硬度控制在58-62HRC。此工序加工中，當熱處理結束后，再進行外圓磨床磨削加工，之后再將硬切削加工技術應用于數控車床加工上，應用到的刀具是PCBN刀片材料，完成了裝夾加工作業后，使其符合圖紙上關于表面粗糙度Ra0.8的相關要求。不斷改進和優化此工藝后，實現了“以車代磨”，大大降低了總體的零件加工成本投入，提高了生產加工的質量和效率[3]。

（二）在硬齒面齒輪齒形精加工上的應用

硬切削技術被廣泛普及和應用到了硬齒面齒輪淬硬后的齒輪齒形精加工中，降低了齒輪加工的總成本投入，保證一定的齒輪加工效率。例如，在實踐過程中，需要將重載減速箱的齒輪精度調整為6級，并對其進行熱處理，其精加工方法主要是通過成型磨削來實現。由于本身具有較大的余量，極易受熱處理變形影響，進而引發余量不均情況的產生，在對其進行磨削處理時，極易引發齒輪表面出現磨削燒傷情況。采取粗磨加精磨的工藝方式，能夠避免出現磨削燒傷的情況，但是整體的產品成本投入有所增加，降低了生產總效率。因此，通過綜合分析后，在進行硬刮削加工之后，再實施精磨工藝方案，刮刀的材料為硬質合金，通過對刮削進行切削，將熱處理后的余量去掉，保留均勻的余量后，提高精加工的精度，將成型磨削的精度提高至6級，有助于確保“以刮代磨”的實現。通過對方案進行不斷的改進及加工，加工方式以熱處理為主，使其發生變形形成較大的尺寸齒輪，有助于提升生產效率[4]。

結論：國內外均對硬齒面齒輪形精加工的硬切削工藝技術進行了大量的研究，并且取得了良好的應用效果。硬切削技術在硬齒面齒輪加工中取得了良好的應用效果，被廣泛應用于硬齒面齒輪定位面精加工及硬齒面齒輪齒形精加工中，改進了傳統的齒輪加工方式，強化了硬切削技術在硬齒面齒輪加工中的應用有效性。

參考文獻：

[1]張晨， 路陽. 硬齒面滾齒工藝在輪拖齒輪軸加工中的應用[J]. 山東工業技術， 2017（10）：20-20.

[2]劉貴元. 探究硬齒面齒輪加工技術進展及展望[J]. 工程技術：引文版， 2016（12）：244-00244.

[3]王春陽. 硬齒面齒輪加工技術研究[J]. 南方農機， 2019， 50（12）：169.

[4]白城. 硬齒面齒輪加工技術進展及展望[J]. 四川水泥， 2016， （7）：133-133.

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