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大模數(shù)修形梳齒刀的研制與應(yīng)用

  • 2015-7-16 10:21:34
  • 來源:中信重工機(jī)械股份有限責(zé)任公司

我公司的馬格梳齒機(jī)(SH1200)是目前世界上屈指可數(shù)的3臺加工直徑超過10m的齒輪精加工設(shè)備之一,其加工齒輪用刀具是梳齒刀。梳齒刀是按照齒條與齒輪嚙合原理,利用展成方法加工直齒、斜齒和人字齒輪的一種刀具,也稱齒條刀。直齒、斜齒梳齒刀用于加工M1~M70mm甚至更大規(guī)格的直齒、斜齒和人字齒輪,也可加工空刀槽很小和無空刀槽的人字齒輪。根據(jù)梳齒機(jī)刀座的不同,設(shè)計的是馬格型梳齒刀。馬格型梳齒刀制造時沒有前角,安裝在機(jī)床上后,依靠刀架的傾斜而獲得6°30′的工作前角。按照加工性質(zhì)的不同,梳齒刀分為粗切梳齒刀、半精梳齒刀和精切梳齒刀3種。根據(jù)需要也可設(shè)計成磨前梳齒刀、挖根梳齒刀等多種形式。

1. 試驗分析

工件名稱:f5.2mm×48m干燥機(jī)大齒圈,材質(zhì)是ZG42CrMo,法向模數(shù)Mn=50,齒數(shù)z=144,壓力角αn=20°,β=0°(直齒),齒頂修形E=0.94,修形高度Dh=31.42mm,齒根圓弧半徑r=19.5mm,齒厚公差Ds=-3.526mm,精度等級AGMA10,齒面表面粗糙度值Ra=3.2mm,設(shè)計要求熱處理硬度: 280~320HBW。

2. 設(shè)計分析

f5.2mm×48m干燥機(jī)大齒圈為Mn50的修形齒輪,Mn50超大模數(shù)修形梳齒刀的設(shè)計制造在國內(nèi)還是空白,因此梳齒刀具的設(shè)計及制造需要創(chuàng)新。創(chuàng)新點:①需要研究精梳齒刀切削刃齒形修形部分的參數(shù)設(shè)計與被加工齒輪齒頂修形量的關(guān)系,保證被加工齒輪的齒形精度。②研究精梳前挖根梳齒刀的齒頂圓弧與齒形的過渡關(guān)系,如果精梳齒刀齒頂圓弧參加吃刀,會使切削產(chǎn)生的彎矩增大,切削抗力急劇增加,導(dǎo)致切削不平穩(wěn),產(chǎn)生振動現(xiàn)象,輕者會引起齒面有波紋,表面質(zhì)量差,嚴(yán)重者會引起啃刀甚至打刀。

3. 刀具設(shè)計形式

Mn50齒輪的齒形尺寸不比中小模數(shù),是超大型規(guī)格,并且該齒輪要求對齒形修形。據(jù)梳齒刀的設(shè)計原理,結(jié)合日本川崎公司φ5.2mm×48m干燥機(jī)齒輪的齒形參數(shù)要求,設(shè)計了一種挖根梳齒刀(見圖1、圖2);一種精梳齒刀,如圖3、圖4所示。梳齒刀材質(zhì)選用W6Mo5Cr4V2Al,刀具表面涂層TiAlN。刀具表面經(jīng)涂層TiAlN后能顯著提高刀具的耐磨性,提高被加工零件的表面質(zhì)量。


圖4

4. 刀具應(yīng)用

梳齒前大齒圈齒厚留量2mm,齒根留量1.0~1.2mm,首先用挖根梳齒刀把齒底深度加工到設(shè)計尺寸,再用精加工梳齒刀精梳齒。精梳齒過程中,在齒厚尚有0.2mm留量時,發(fā)現(xiàn)精梳齒刀齒頂圓弧參加了吃刀,這使切削產(chǎn)生的彎矩增大,切削抗力急劇增加,導(dǎo)致切削不平穩(wěn),有振動現(xiàn)象。引起齒面有波紋,表面質(zhì)量差,產(chǎn)生啃刀現(xiàn)象。

通過對刀具設(shè)計參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),挖根梳齒刀的齒頂圓弧留量太大,不利于精梳齒。

從挖根梳齒刀和精梳齒刀齒形對比可以看出(見圖5),兩種梳齒刀齒頂圓弧不重合,存在間隙。說明挖根梳齒刀加工后,精梳齒刀的齒頂圓弧參加了切削,這不利于梳齒。因此挖根梳齒刀有改進(jìn)的空間,需要改進(jìn),確保精梳齒刀齒頂圓弧不參加切削。經(jīng)研究分析,對精梳齒刀改進(jìn),保留齒頂圓弧切削部分,把齒側(cè)切削刃按挖根刀齒形設(shè)計,補充設(shè)計了一種新的挖根梳齒刀(見圖6)。

用精梳齒刀改制的挖根梳齒刀加工過程切削平穩(wěn),沒有發(fā)生異常情況,齒輪根部圓弧梳齒順利。

隨后使用精梳齒刀梳齒,梳齒過程平穩(wěn),沒有振刀現(xiàn)象,圓滿完成了大齒圈的加工。大齒圈的齒形經(jīng)檢測合格,驗證了該梳齒刀的齒形參數(shù)設(shè)計正確合理,尤其是對齒形修形部分進(jìn)行了認(rèn)真驗證,結(jié)果完全符合產(chǎn)品設(shè)計要求(見圖7)。

5. 結(jié)語

我公司研制的Mn50修形梳齒刀成功完成了f5.2mm×48m干燥機(jī)齒輪的梳齒加工,加工精度完全符合產(chǎn)品設(shè)計要求。目前國內(nèi)齒輪滾刀最大模數(shù)達(dá)到Mn45,Mn50超大模數(shù)修形梳齒刀填補了國內(nèi)超大模數(shù)齒輪刀具的空白。Mn50超大模數(shù)修形梳齒刀研制成功使我公司在超大模數(shù)齒輪加工領(lǐng)域具備了獨特的技術(shù)加工能力,是解決超大模數(shù)齒輪加工的最佳選擇,對于進(jìn)一步開發(fā)公司產(chǎn)品市場具有較高的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義。

(作者:中信重工機(jī)械股份有限責(zé)任公司 付薇 申明付 溫濤)

(jiao點com)



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