摘要：随着数控技术的广泛应用，齿轮加工也朝着高精度、高效率的方向发展。随着齿面高硬度化的发展，新型高效硬齿面滚刀必将取得新的研究成果，为硬齿面滚齿技术的推广应用开辟了一扇新的大门。本文主要就硬齿面齿轮加工技术进行了探讨。
关键词：硬齿面；齿轮加工；技术应用
前言
在齿轮加工领域，齿轮齿形表面根据硬度可分为软齿面、中硬齿面和硬齿面三种。其中软齿面硬度在280HBW以内，中硬齿面硬度在280～400HBW，硬齿面硬度在45～64HRC。
1硬齿面齿轮的特点
提高齿轮齿面硬度，可以显著提高齿轮的承载能力。当齿轮齿形的表面硬度提高至渗碳淬火硬度（硬齿面）时，与一般调质齿轮（中硬齿面）相比，其传递的扭矩可提高三倍左右。在传递扭矩不变时，齿轮副的质量可降低至原来的40%。提高齿轮齿面硬度，同时还可显著提高齿面的耐磨性。
2硬齿面刮削工艺特点介绍
首先，硬齿面刮削工艺具有较高的经济性以及高效性。因为硬齿面刮削工艺是于滚齿机上面进行的，所以这种工作状态下，硬齿面齿轮加工无需依托于机床设备和工装设备，所以相继的就将硬齿面齿轮加工成本进行减少，也就提升了经济效益。同时，硬齿面刮削加工工艺具有较高的工作效率，滚齿加工通常用在软齿面和中硬齿面加工中，此应用可将齿轮表面完整性进行提升，同时于加工期间仅需要配置有关刀具以及机床，按照科学工艺流程便可完成全部工作，进而有利于将工艺加工工作效率提升。其次，具有寿命较长的特点。此加工工艺于大齿轮加工期间，具有极强承载能力以及抗冲击力，因此不需要采取高成本磨齿机，便能够实现高要求标准的表面质量。而且在此期间硬齿面刮削加工遵循齿面质量要求实施加工，能够将齿面硬度和质量有效提升，并最终将硬齿面齿轮应用年限延长。
3硬齿面切削工艺加工分析
3.1切削用量规范
第一，对于切削速度的规范。于硬齿轮的切削工艺中，对于切削速度快慢的重要影响因素就是工件硬度。因此，为确保刀具耐用度良好，于实践工件切削工作期间，需要将切削速度适当的降低，一方面可确保工件加工工作有序展开，另一方面也可确保长期有效应用刀具；第二，对于进给量的规范。展开硬质合金刮削加工期间，采取较大进给量实施加工，在将滚齿效率有效提升的同时，可以减少发生齿轮磨损的问题。弹但要合理掌控进给量，防止过低引发切削期间挤压过重对于刀具耐用性产生影响；第三，对于切削深度的规范。一般的，实施硬齿轮热处理之后，掌握硬齿轮切削深度于0.25mm-0.30mm之间，并展开两次刮削，便能够确保硬齿轮获得良好的切削质量；第四，对于切削方式的规范。硬齿轮切削的方式，紧密的联系于切削作用力以及切削位置、切削形状等因素，所以实践硬齿轮切削期间，需要对于以上的几方面内容具有重点的观察和考虑，选取出最佳切削方式，例如应用异向逆铣的切削方式等。
3.2硬齿轮热处理
在硬齿轮的热处理工作中，同齿轮刮削加工具有密切的关联性，能够对于硬齿轮质量产生直接的决定。所以，为了获得到理想的硬齿轮热处理效果，实践硬齿轮热处理期间，需要严格的掌控好火候，展开硬齿轮热处理的温度要适宜，在850℃至870℃之间，能够显著的防止齿轮发生变形或者延长切削时间的问题。而且应该应用高频淬火，能够让刮削的粗糙度达到制造要求标准，同时能够对于碳化物级别进行有效的控制。此外，需要控制碳化钨级别低于5级，可有效确保硬齿轮质量。
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4硬齿面滚齿加工
4.1对设备的要求
由于热后工件齿面硬度高，加工时刀具与工件有较大冲击力和切削热，要求机床有很好的刚性及充分的冷却。零件热后硬滚属于精加工，要求机床有稳定的、较高的传动精度。热后滚齿要求滚刀齿与工件齿槽对准后高效切削，要求机床带自动寻齿对齿功能。本零件采用进口六轴四联动数控机床，并带有自动寻齿对齿装置，为硬滚工艺的实施提供了设备条件。
4.2定位、加紧方案的选择与夹具设计
方案：工件热前所有制齿加工基准统一为左端B4中心孔与右端内孔30°外倒角，为保证热前热后基准统一，仍选用与热前相同的基准，保证了F、G齿的同轴度要求。加紧方案：采用拉杆胀套方式胀紧端头内孔，利用机床自动拉紧机构实现快速加紧工件。
4.3硬滚刀具的设计
目前，世界各国刀具厂家所设计的硬质合金滚刀，其结构主要有3种：整体式、机夹式、焊接式。整体式硬质合金滚刀刀齿和刀体用一整块硬质合金加工而成，其优点是刚性强，机械加工省时，可做到较高精度，目前技术可做到模数m=5mm以下，但损耗昂贵的硬质合金较多，成本高；机夹式硬质合金刀片用螺钉压至工具钢刀体上，机夹式结构比较复杂，夹紧可靠性也较差，适合大模数齿轮加工，但是在加工大模数淬硬齿轮时，齿面的挤压力较大，且交变作用显著，因此对刀片的夹紧要求较高；焊接式硬质合金滚刀刀片焊接至工具钢刀体上，其优点是结构简单，联接强度高，而且硬质合金刀片烧结容易，材料节省，应用较广泛。但由于焊接应力引起的裂纹一直是产品质量不稳定的因素，因此需要较高的焊接技术；并且此种滚刀实际加工中无法达到理想的切削速度。相比而言，整体式硬质合金滚刀其刚性强，精度高，覆涂后可达到较高的切削速度，更适合此零件的加工，所以选用进口整体式硬质合金滚刀。由于零件硬度高，而硬质合金材料的冲击韧性较差，因此，在硬齿面滚齿时，极易产生崩刃，崩刃是硬质合金滚刀要解决的主要问题。从理论上分析，随着硬质合金滚刀负前角的增大，滚刀侧刀刃倾角增大，使滚刀刀齿平稳地切入金属层，从而减小了冲击，保护硬质合金刀齿不致崩刃，耐用度明显提高。为此，设计滚刀时，采用大负前角的特殊形式，并覆涂TiN、TiALN和碳复合纳米材料，使滚刀的耐用度大幅度提高。由于此零件热后硬度58HRC~62HRC，结合刀具结构，采用厂家推荐的-20°前角。
4.4加工余量及切削参数的选择
a.切削余量。一般情况下，齿厚单面切削余量不超过0.2～0.25mm，否则将增大滚刀轴向切削分力和加快刀具磨损，降低硬滚精度。硬齿面滚齿零件在软齿面滚齿时要用配套设计的滚刀（或配套磨前滚刀），根据热处理变形公法线一般预留0.15～0.30mm的热后滚削余量。热后硬滚时应避免滚偏造成两齿面余量不一致，导致刀具受力不均而崩齿；另外，齿底不应预留应热后滚削余量，避免滚刀刀尖滚削齿底而造成滚刀耐用度降低。
b.切削速度。当切削速度较低时，由于滚刀与零件摩擦刮削，造成硬质合金滚刀磨损较快，且齿面光洁度较差；随着切削速度的提高，硬质合金滚刀磨损逐渐减缓，光洁度也有所提高。实际加工表明，高效数控滚齿机利用涂层硬质合金滚刀可将切削速度提高至50～90m/min，齿面粗糙度可达Ra0.8。
c.走刀量。实际加工表明，轴向进给在齿面的痕迹在一定程度上转化为齿形误差，随着走刀量的增加，误差也相应增大。根据不同机床及不同零件精度，可取走刀量S=1.1mm/r～2.4mm/r。
结束语
硬齿面齿轮加工的工艺采取切削工艺以及热处理等先进的工艺技术手段，展开齿轮加工工作，一方面能够将齿轮齿轮承载能力以及运转速度进行提升，另一方面也可延长应用寿命，提升经济效益。所以，作为良好的齿轮加工技术，可以在工业生产期间推广应用。
参考文献：
[1]雒晋峰,高宇.硬齿面齿轮加工工艺及其在减速机中的应用探析[J].科技创新与应用,2016,(32):128.
[2]李国明.高精度硬齿面齿轮的加工工艺现状分析[J].科技创新与应用,2016,(23):141.
论文作者:丁元兴
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/21
标签：齿轮论文; 加工论文; 硬质合金论文; 硬度论文; 刀具论文; 工件论文; 余量论文; 《防护工程》2018年第31期论文;