数控技术推动齿轮刀具向高效复合方向发展

发布:益瑞合金时间:2019-01-18返回列表

数控技术的发展极大地推动了机床向数控、高速、高效和复合方向快速发展,为了满足高精和高效切削加工的需要,近年来,国内外齿轮刀具的研发也与数控高效机床的发展保持了同步并取得了很大进展,这些进步主要依赖于几个方面:更先进的设计技术,更先进的数控专用加工技术和精密检测技术,性能优越的刀具材料,先进的表面涂层技术,而高速钢齿轮刀具的热处理技术也是关键。

近年来齿轮刀具的发展趋势和特点主要表现在以下几个方面。

环保干切在齿轮加工方面已得到应用,国内外主机厂如美国Gleason公司、日本三菱公司、国内重庆机床等均研发了专用干切滚齿机床。与传统湿切方式相比,干切方式不需要冷却液,既环保又降低了滚齿加工成本,干切方式还可以采用更高的切削速度,提高加工效率。按照干切机床的加工要求,各主要工具厂家均研发了环保干切滚刀,例如Gleason公司、NACHI公司、SU公司、汉江工具等,环保干切滚刀按材料分有整体硬质合金滚刀、硬质合金可转位滚刀、粉末冶金高速钢滚刀。整体硬质合金滚刀一般用于模数小于2mm的齿轮,精度可达AAA级,切削速度可达250m/min以上;硬质合金可转位滚刀一般用于模数大于6~45mm的齿轮,主要用于磨前粗切,切削速度可达120~150m/min;粉末冶金高速钢滚刀一般模数范围更宽,可涵¬盖所有模数范围,这类刀具均采用高性能粉末冶金高速钢制造,刀具韧性好,加工难度小,其结构特点是小径加长结构,减少进刀出刀时间,并进行串刀,提高了刀具耐用度和加工效率,采用粉末冶金材料和高性能涂层,切削速度可达150~200m/min,精度DINAA级或GBAA级。环保干切必将成为切齿加工的主要方式。

齿轮刀具硬质合金化

在传统意义上,齿轮刀具材料一般是高速钢(高性能粉末冶金高速钢也已普遍应用),随着硬质合金材料的发展和加工技术的进步,硬质合金刀具比例越来越高,在欧洲发达国家已高达70%以上,近年来国内外各刀具厂商如Gleason、Kennametal、Fette、Ingersoll、SandvikCoromant研发了各种硬质合金可转位齿轮刀具,大大提高了齿轮加工效率,也大大提高了刀具寿命。可转位硬质合金齿轮滚刀,头数1或2头,刀片可转位2次或4次使用,模数范围m5.5~m40,和高速钢滚刀相比,这类刀具切削速度更高可达100~150m/min(同类高速钢镶片滚刀切削速度仅为30m/min),干切,切削效率提高1~3倍。除大模数可转位合金滚刀外,SandvikCoromant还研发了m5~m8的机夹式硬质合金滚刀,不同的是滚刀每个刀齿采用一个刀片,装配精度可达DINB级,结构新颖。在小模数(m<2)齿轮加工方面,已开发了系列整体硬质合金滚刀,精度AAA~A级,切削速度可达250m/min以上,与此同时,以上公司还研发了硬质合金可转位齿轮铣刀,既可用于外齿轮加工,又可高效加工内齿轮,特别是风电行业大型内齿圈的高效加工,除用于粗切外,还可直接精切齿轮,加工精度可稳定达GB8级,这也说明硬质合金刀片制造技术的进步,模数范围m6~m40,切削速度也可达到100~150m/min,切削效率提高1~3倍。值得一提的是在国内外,CBN、PCD等超硬刀具也得到了越来越多的应用,也会成为未来刀具发展的方向。

刀具规格超大化

随着加工机床的大型化,重大装备对超大齿轮需求增加,出现了多种相配套的超大刀具,近年研发的40~50英寸弧铣刀就是用于与大型弧齿加工机床配套加工1600~2000mm超大螺旋锥齿轮。超大螺旋锥齿轮主要应用于船舶、冶金、石油机械等行业;m40~m45超大模数滚刀用于与大型滚齿机配套加工大型圆柱齿轮,在水泥、冶金、起重、船舶等行业广泛应用;针对大型内齿轮的加工,除专用内铣刀外,专用插齿刀具已由以前的模数m18发展到现在的m25,各种超大规格刀具的研发也说明了工具企业创新能力的提升。

涂层技术的发展和刀具的紧密结合

在现代刀具发展中,涂层技术的应用起到了关键作用,可以说先进的涂层技术成就了现代高效切削刀具。目前,无论是化学涂层(CVD)还是物理涂层(PVD),都在积极研发各种新的涂层材料;从单一涂层向多层涂层、梯度涂层、纳米涂层、纳米复合涂层等方向发展;同时,涂层技术也更加注意与涂前处理工艺和涂后处理工艺的结合;先进的涂层技术具有更高的红硬性(显微硬度可达3300HV及以上),抗热性和抗氧化性(使用温度可达1100℃以上);具有更好的韧性、结合力及更低的摩擦系数;涂层技术对刀具的贡献在于显著提高了刀具的耐磨性和使用寿命,实现了刀具的高速高效及干式切削,实现了高硬材料及各种难加工材料的切削加工,大大促进了机械制造业的发展,这种促进和影响将会越来越明显。

随着齿轮加工向数控化、高效、高精、复合柔性化方向快速发展,刀具的发展也向环保干切、高速高效、超大超硬等方向快速发展,这些发展与机床的发展保持了同步,这些发展得益于更先进的刀具设计技术、更先进的数控加工技术、性能更优越的各种先进材料、更先进的涂层技术,而国内高档齿轮刀具的整体水平与国外仍存在较大差距,我们国内工具同行应奋起直追。