高速加工滚刀的设计特点

HEATS · 发表于 2010-9-12 10:36:24

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　　目前高速滚削加工技术已广泛应用在汽车、摩托车等齿轮加工行业。与传统滚削加工相比，它在切削速度、进给量、切削深度等切削用量参数上均有大幅提升，因此在高速滚削过程中呈现出新的特点，如切屑变厚变长、切屑变形等。根据高速切削机理可知，随着切削速度的提高，切削力下降15%～30%，切削温度缓慢上升；在正常情况下，切削热量约有95%由切屑带走，2%留在工件上，3%通过刀具散热。由此可见，在设计高速加工滚刀时应主要从排屑畅通性、散热迅速性、刀齿耐冲击性、前后刀面抗磨损性等几方面考虑。

　　增大排屑容屑空间(容屑槽)

　　散热迅速是高速滚削的关键，因此让切屑迅速离开刀具，将大量的切削热量带走，采用增大容屑槽的容屑、排屑空间是有效措施之一。这有助于切削液在滚削的全过程中，有足够的间隙至始至终地充分浇注切削区，以冲走大块及碎小末状切屑，冷却刀尖部，达到降低工件和滚刀切削区温度的目的；切削液还可起到润滑前刀面的作用，以减轻切屑对前刀面的摩擦，延缓前刀面磨损。

　　滚削是一种断续切削，在高速加工中会加剧对刀齿的冲击，因此必须提高刀齿的耐冲击强度。在不改变容屑、排屑空间的前提下，采用降低容屑槽深度，将槽底部设计成整圆弧以增加其抗弯强度的方法可以增强耐冲击的能力。

　　增加圆周齿数

　　与传统滚削相比，高速滚削加工的进给量和切削深度都较大，如果仍按常规设计，那么圆周上每个切削齿的切削负荷将随之增大。增加圆周齿数是降低切削负荷的有效途径之一。在满足滚刀顶刃最大许可切屑厚度的条件下，选择合适的、较多的圆周齿数可增加被切齿轮轮齿面的包络切痕，从而达到提高齿轮几何精度的目的。

　　加大顶刃及侧刃后角

　　如果按常规设计刀具的顶刃及侧刃后角，那么在高速滚削中，当增大进给量和切削深度时，其实际工作后角将减小(甚至为零)。因此，采用加大顶刃及侧刃后角的方法，可以增大工作后角以及后刀面与已加工表面的间隙，有利于切削液进入后刀面与已加工表面的切削区，带走碎小末状切屑和切削热量，润滑后刀面，减小两表面的接触面积，从而达到减轻两表面间的摩擦、延缓后刀面磨损的目的。

　　采用零前角

　　在高速切削时，零前角和正前角刀具所受切削力相差不大。但由于零前角增大了刀齿的切削楔角，刀齿的刀尖部强度得到相应提高，因此在切削时有助于加快切屑的变形，缩短切屑在前刀面上的滑移距离及与前刀面的接触时间，使其快速脱离刀齿前刀面，减少传递给刀齿的热量，减轻切屑对前刀面的摩擦，使切削液更容易注入前刀面切削区，使排屑通畅迅速，从而提高前刀面的抗磨损能力，并使设计、计算、加工、检测、重磨更为简单容易。

　　加大齿顶圆弧半径

　　一般来说，刀齿顶刃与侧刃相连处的尖角最易磨损，在高速滚削加工中尤其明显。加大齿顶圆弧半径有利于减少齿顶尖角部的热量集聚，增大与切屑的接触弧长，减薄切屑厚度，提高刀具的抗磨损能力和抗冲击的稳定性。因此，在满足被切齿轮有效曲线的起始圆位置要求的前提下，可以尽量加大齿顶圆弧半径。

　　钝化切削刃口

　　一般的新磨高速钢刀具刃口钝圆半径为8～16µm，而且刃口上会有微小毛刺，如果不钝化会造成切削初期的微小崩刃和裂纹，涂层也在刃口上“站”不住，因此需要光整钝化刃口。由于涂层后会增加钝圆半径，需涂层的刃口不能钝化太过，一般钝化到20～30µm，这有利于切削刃切入金属内部起到减振作用，有利于磨损沿前刃面和后刀面同时进行，使切削刃快速进入“自砺”期，继而平稳地进入正常切削期。

　　采用小直径滚刀

　　在滚刀外圆处，当线速度相同时，小直径滚刀允许有较高的滚齿机主轴转速。刀齿与滚刀轴线的距离小，受到的冲击力和扭矩也小，可减小滚齿切入和切出时间，提高生产效率。

　　提高滚刀的磨削和涂层质量

　　涂层具有隔热、润滑、抗磨损等保护被涂基体的作用。涂层涂附在高速钢滚刀表面上，滚刀的磨削质量直接关系到涂层的附着质量和保护作用。在高速滚削中，滚刀的磨损形式主要以月牙洼磨损为主，前刀面的质量，如表面粗糙度、退火(脱碳)层、硬化层等直接关系到滚刀的使用寿命，涂层的颗粒度、涂层厚度、层数、致密度等因素均对滚刀的使用寿命有极大的影响。

　　在生产实践中，根据高速滚削中出现的新问题和新情况，有针对性地采取相应措施，才能设计出真正适合于高速滚切加工的滚刀，以缩短与国外先进滚刀的差距。【MechNet】% S0 X: j5 h6 n; s4 _" x

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