欧洲齿轮刀具技术发展近况简评

笔者于2000年访问考察了欧洲部分国家的齿轮刀具、拉削刀具制造厂,同时参观了一些刀具用户厂家,对欧洲国家的齿轮刀具及其它刀具的生产与使用情况作了一些调研,现对欧洲地区齿轮刀具设计与制造技术的发展近况作一简评。

1齿轮刀具材料与结构

(1)齿轮滚刀

通过对欧洲齿轮刀具制造厂和主要用户企业(如变速箱制造厂)的考察可知,目前齿轮滚刀的使用方式可分为传统的湿式切削工艺和干式切削工艺两大类。用于湿式切削的齿轮滚刀材料主要采用M35+TiN和M35+TiNC,其中M35+TiN为主流材料,滚切速度通常为90～110m/min。用于干式切削的齿轮滚刀材料主要为ASP60+TiAlN,其滚切速度为160m/min。硬质合金滚刀主要用于干式切削,其滚切速度可达260m/min。根据滚切试验结果,ASP60+TiAlN滚刀用于干式切削的综合加工效能优于硬质合金滚刀。因此,在实际生产应用中ASP60+TiAlN滚刀的使用量远远大于硬质合金滚刀。

随着数控滚齿技术和刀具涂层技术的快速发展,齿轮滚刀的结构设计也在不断变化,主要体现在以下方面:①由于滚齿速度的不断提高,正前角滚刀的切削性能优势已不明显,加上正前角滚刀的齿形较复杂,制造精度不易保证,因此正前角滚刀结构正逐渐被淘汰,而代之以零前角滚刀结构。目前除日本NACHI公司还少量生产正前角滚刀外,国外其它齿轮生产厂几乎已不生产正前角滚刀。②滚刀头数的确定主要考虑滚齿加工效率的要求,滚刀的外径、长度、槽数等参数则需根据刀具寿命要求来确定。设计滚刀时,通常首先确定每个刀齿的切削长度,再按重磨一次需加工的工件数确定滚刀的有效切削齿数,最后确定滚刀的外径、长度、槽数等。③近年来,由于滚齿机快进、快退速度的提高,小径滚刀进退刀耗时少的优势已不明显,因此滚刀直径的确定主要取决于齿轮结构和槽数的要求。④为提高加工效率,对于同一齿轮轴上需滚齿加工的不同齿轮,要求可在同一台机床上一次安装依次加工完成,这就要求一把滚刀上有多段不同规格的滚刀齿形,即将多把滚刀集成为一体。

由于滚刀圆周齿数的增多,滚齿加工已可视为近似连续切削加工,加上滚刀重磨后重新涂层技术的应用,M35+TiN滚刀与ASP30+TiN滚刀相比其寿命差别已不是很大,但却具有成本较低的优势,因此M35+TiN滚刀的使用数量已在明显回升,这一趋势无论从滚刀制造厂还是齿轮生产厂均可得到证实。但对于圆周齿数较少的滚刀和重磨后不涂层的滚刀,ASP30+TiN滚刀与M35+TiN滚刀相比仍具有较明显的寿命优势。

在对环境污染限制极其严格的欧洲,干式切削具有广阔的应用前景。目前大量应用于实际生产的干式切削滚刀主要为ASP60+TiAlN滚刀。同时也有少量ASP60+TiAlN+WC/C滚刀应用,其切削速度为180m/min。用于干式切削的硬质合金滚刀和金属陶瓷滚刀由于制造难度较大、材料及制造成本较高等原因,在加工生产线上的应用还不多。由于涂层材料和涂层技术的快速发展,涂层粉末冶金高速钢滚刀在干式切削中的应用却在不断扩大。

(2)插齿、剃齿刀具

欧洲生产的插齿刀产品主要采用M35+TiN和ASP30+TiN材质,其结构设计与国内区别不大。由于插齿加工属于断续切削,因此在高速插齿机上使用的插齿刀大多为ASP30+TiN插齿刀。

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