雍正 摊丁入亩:齿轮加工
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一、珩齿的工艺特点
与剃齿相比较,珩齿具有以下工艺特点:
(1)珩轮结构和磨轮相似,但珩齿速度甚低(通常为1~3m/s),加之磨粒粒度较细,珩轮弹性较大,故珩齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程。
(2)珩齿时,齿面间隙沿齿向有相对滑动外,沿齿形方向也存在滑动,因而齿面形成复杂的网纹,提高了齿面质量,其粗糙度可从Ra1.6μm降到Ra0.8~0.4μm。
(3)珩轮弹性较大,对珩前齿轮的各项误差修正作用不强。因此,对珩轮本身的精度要求不高,珩轮误差一般不会反映到被珩齿轮上。
(4)珩轮主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮和毛刺。珩齿余量一般不超过0.025mm,珩轮转速达到1000 r/min以上,纵向进给量为0.05 ~0.065mm/r。
(5)珩轮生产率甚高,一般一分钟珩一个,通过3~5次往复即可完成。 二、硬齿面滚齿工艺及滚刀的设计与使用随着生产力的不断发展,齿轮传动正朝着高速、重载、高精度的方向发展,越来越多的齿轮传动采用承载能力大、抗点蚀性能好的硬齿面齿轮。国外发达国家的工业齿轮,经表面淬火和整体淬火硬度在350HBS以上的硬齿面几乎已完全取代硬度低于350HBS的软齿面。我国自80年代以来,开始推广硬齿面齿轮的应用。 1 硬齿面滚齿工艺采用硬质合金滚刀对硬齿面进行加工,革新了传统的硬齿面精加工工艺。首先,对于高精度的磨齿齿轮来说,硬齿面滚齿能用很高的效率代替粗磨工序,切除轮齿的热处理变形,留下小而均匀的余量进行精磨,从而大大地提高了磨齿效率。其次,对于珩齿齿轮来说,在珩齿前安排硬齿面滚齿,可以切除热处理变形,达到必要的精度,再进行珩齿加工,以充分发挥珩齿工艺光整加工的特长,弥补滚齿加工的不足。再次,对于普通精度的淬硬齿轮来说,可以用硬质合金滚刀直接进行精滚加工,以最低的成本保证齿轮加工精度,这一点对于大、中型齿轮更有其技术经济意义。 硬齿面滚齿加工的工艺路线大致如下:
与剃齿相比较,珩齿具有以下工艺特点:
(1)珩轮结构和磨轮相似,但珩齿速度甚低(通常为1~3m/s),加之磨粒粒度较细,珩轮弹性较大,故珩齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程。
(2)珩齿时,齿面间隙沿齿向有相对滑动外,沿齿形方向也存在滑动,因而齿面形成复杂的网纹,提高了齿面质量,其粗糙度可从Ra1.6μm降到Ra0.8~0.4μm。
(3)珩轮弹性较大,对珩前齿轮的各项误差修正作用不强。因此,对珩轮本身的精度要求不高,珩轮误差一般不会反映到被珩齿轮上。
(4)珩轮主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮和毛刺。珩齿余量一般不超过0.025mm,珩轮转速达到1000 r/min以上,纵向进给量为0.05 ~0.065mm/r。
(5)珩轮生产率甚高,一般一分钟珩一个,通过3~5次往复即可完成。 二、硬齿面滚齿工艺及滚刀的设计与使用随着生产力的不断发展,齿轮传动正朝着高速、重载、高精度的方向发展,越来越多的齿轮传动采用承载能力大、抗点蚀性能好的硬齿面齿轮。国外发达国家的工业齿轮,经表面淬火和整体淬火硬度在350HBS以上的硬齿面几乎已完全取代硬度低于350HBS的软齿面。我国自80年代以来,开始推广硬齿面齿轮的应用。 1 硬齿面滚齿工艺采用硬质合金滚刀对硬齿面进行加工,革新了传统的硬齿面精加工工艺。首先,对于高精度的磨齿齿轮来说,硬齿面滚齿能用很高的效率代替粗磨工序,切除轮齿的热处理变形,留下小而均匀的余量进行精磨,从而大大地提高了磨齿效率。其次,对于珩齿齿轮来说,在珩齿前安排硬齿面滚齿,可以切除热处理变形,达到必要的精度,再进行珩齿加工,以充分发挥珩齿工艺光整加工的特长,弥补滚齿加工的不足。再次,对于普通精度的淬硬齿轮来说,可以用硬质合金滚刀直接进行精滚加工,以最低的成本保证齿轮加工精度,这一点对于大、中型齿轮更有其技术经济意义。 硬齿面滚齿加工的工艺路线大致如下:
- 磨齿齿轮(3~6级):滚齿→淬火→硬齿面半精滚→磨齿;
- 珩齿齿轮(6~7级):滚齿→淬火→硬齿面半精滚→珩齿;
- 普通精度齿轮(7~9级):滚齿→淬火→硬齿面精滚
- 滚刀材料 硬齿面滚齿加工的特点是:工件硬度高、切削过程断续和切削层很薄,在切削过程中,刀具承受着较大的冲击载荷、较高的切削温度和强烈的摩擦,因此,对刀具切削部分材料的冲击韧性、耐磨性和耐热性的要求就很高。日本的硬质合金滚刀专家相蒲教授等通过试验,推荐采用P20类硬质合金,相当于我国国产牌号YT14,该材料具有较高的耐磨性,再添加碳化锂等高温碳化物来提高刀片的冲击韧性和耐磨性,以获得良好的切削性能。
- 滚刀的结构形式 目前,世界各国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 其优点是刚性强,机械加工省时,可做到较高精度。但受整体压形工艺限制,目前只能做到外径85mm的滚刀,且损耗昂贵的硬质合金较多,成本高,只宜做模数m=3mm以下的滚刀。
- 机夹式硬质合金滚刀 机夹式结构比较复杂,夹紧可靠性也较差,特别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。我国韶关工具厂生产的硬质合金滚刀就是此类结构。这种结构可用于前角g=0°~-30°的各类中模数(m1~6)硬质合金滚刀,切削效果很好。
- 焊接式硬质合金滚刀 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,近年来日本对此问题解决较好,并已在生产中应用。我国重庆、汉江等工具厂采用这种结构。
- 滚刀前角 由于硬质合金的冲击韧性较差,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。为此,设计滚刀时,采用大负前角的特殊形式。 确定前角时要考虑两点:
- 刀具刃磨后齿形精度的保持性;
- 提高刀齿抗崩刃的能力,降低刀刃磨损。
1.新滚刀切出的正确的渐形线齿形
2.滚刀重磨后切出的齿形
图1 下面以直槽阿基米德滚刀为例,求重磨后的前面偏位值e′。
为使直槽阿基米德滚刀切削刃位于基本蜗杆螺旋面上,滚刀轴向平面的齿形角axo应符合:
(1)
式中 an——被加工齿轮的法向压力角 l——新滚刀节圆柱螺旋升角 k——滚刀径向铲削量 z——滚刀圆周齿数 e——新滚刀前面偏位值,前角为正时,e为正值;前角为负时;e为负值 r——新滚刀节圆半径 式(1)是滚刀切削刃位于基本蜗杆螺旋面上的必要条件,也是滚刀能加工出正确渐开线轮齿的几何保证。式中axo、an、k、z在刃磨后是不变的参数,l、e、r在刃磨中是可变参数。刃磨后若要保证式(1)成立,必须使重磨后的l′、e′、r′满足一定关系。
图2 图2为滚刀刀齿,若齿顶处刃磨厚度为Db,外圆半径减小Dr,节圆半径也相应减小Dr,则刃磨后的节圆半径r′=r-Dr。由图2推得:
(2)
式中 g——新滚刀顶刃前角,有正负号,图2中g为正 a——新滚刀顶刃后角 由于r减至r′,则l增至l′:
(3)
式中 s——滚刀轴向齿距 由式(2)求得r′,将式(3)代入式(1),经整理得,滚刀刃磨后新前面偏位值e′应为:
(4) 使用式(4)计算可知,为了保证直槽滚刀刃磨后的齿形精度,重磨后应改变前面偏位值。对正前角滚刀要增加偏位值;对负前角滚刀要减小负偏位值;对0°前角要增加偏位值(朝正前角方向增加)。总之,使刃磨后的前角增大,才能保证刃磨后的齿形精度。 目前,硬齿面滚齿已广泛应用于m=2~40mm的各种硬齿面齿轮的精加工和半精加工