干式插齿加工技术优化方案

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：传统插削是采用有滚动或无滚动的往复运动方式插齿，这种加工方式会使工件加工表面产生强烈的变形和加工硬化，从而导致插齿刀后刀面发生磨损，影响插齿过程的进行和插齿质量。试验过程的结果表明，采用涂层刀具，在不降低插齿刀使用寿命和加工质量的条件下，完全可以实现干插齿加工。从图4-63b可以看出，在一定的插齿间歇次数下，干切削加工时的月牙洼磨损深度值比使用切削液时小。

插齿加工为间断切削，插齿刀处于一种强烈的机械和热的交变载荷作用下，由于插齿时同时有多个切削刃参与切削，其特有的刀具载荷的叠加会导致特殊的刀具磨损形态，这些磨损形态与插齿时的进给方法有关。传统插削是采用有滚动或无滚动的往复运动方式插齿，这种加工方式会使工件加工表面产生强烈的变形和加工硬化，从而导致插齿刀后刀面发生磨损，影响插齿过程的进行和插齿质量。采用控制切削过程（CCP，Controlling Cutting Process）插齿方式，由于高的滚动进给速度再加上递减分级的径向进给，刀具不再形成或仅产生很小的后刀面磨损，此时的前刀面月牙洼磨损对插齿质量几乎不产生影响，再配合采用新型涂层插齿刀，可使刀具寿命提高两倍以上。插齿刀除采用普通的硬质材料涂层外，如CrN、（Ti，Al）N、Ti（C，N）梯度涂层，还可采用优化涂层工艺的Ti（C，N）多层涂层，TiN＋MoS₂混合涂层等。试验过程的结果表明，采用涂层刀具，在不降低插齿刀使用寿命和加工质量的条件下，完全可以实现干插齿加工。

CCP插齿时，插齿刀月牙洼磨损的发展可以划分为五个阶段，如图4-62所示。初始月牙洼的形成点总是在切入边；随着加工时间的延续，月牙洼磨损也会产生在切出边，随后从切入边向齿顶方向发展；在月牙洼磨损深度最大值部分从切入边向齿顶方向延长的同时，切入边和切出边上的两个月牙洼磨损区也同时增大；最终在齿顶中部形成磨损最大值区域，并直至月牙洼磨损边缘的破裂。

图4-63为CCP法插齿时湿式和干切削插齿刀的月牙洼磨损比较。其中图4-63a是用TiN涂层高速钢插齿刀（外径20mm）加工时，切削液和切削速度υ_c对月牙洼磨损深度值的影响，齿轮材料为16MoCr5，切削速度为60m/min，初始进给与终进给的比例关系为3，终进给量为3.77mm/min，圆周进给量为3mm/双行程。图4-63b是在干切削条件下高速钢刀具采用不同涂层时的刀具寿命比较，其齿轮材料和切削速度与图4-63a相同。

图4-62 插齿刀的磨损形态图

a）磨损在切入边形成 b）磨损扩散到切出边 c）磨损扩展到齿顶上 d）月牙洼磨损深度最大值的区域加长 e）月牙洼磨损区加大、加深直至与刀具刃口的间距消失

图4-63 CCP法插齿时湿式和干切削插齿刀的月牙洼磨损比较

a） 1—υ_c＝75m/min，用切削液 2—υ_c＝75m/min，干切削 3—υ_c＝60m/min，用切削液 4—υ_c＝60m/min，干切削

从图4-63a可以看出，切削速度从60m/min提高到75m/min时，月牙洼磨损深度增加，增加值的大小与润滑状态无关；当切削速度相同时，对任意一组切削条件，干切削加工时和使用切削液时的刀具寿命之间差别很小。

从图4-63b可以看出，在一定的插齿间歇次数下，干切削加工时的月牙洼磨损深度值比使用切削液时小。这是因为切屑温度提高，同时切屑的流动速度加快，月牙洼磨损宽度在干切削时减小，因此，在干切削时很少发现由于月牙洼边缘破裂而引起的崩刃现象。试验结果表明：采用TiN＋MoS₂涂层及TiCN多层涂层，插齿刀的寿命明显提高。因此，优化插齿工艺过程，采用适宜的涂层，干插齿可以获得与普通加工方式相同或者更好的加工效果，并具有良好的环境性能。

干式插齿加工技术优化方案

相关推荐