大型混合设备硬齿面大齿轮

 

混合机械齿轮加工刀具结构设计混合机械齿轮加工过程是一个仿形过程，刀具齿形设计是混合机械齿轮齿形加工的重要基础。指形混合机械齿轮铣刀的齿形由两部分组成：工作部分和非工作部分。由于混合机械齿轮齿形部分直接由铣刀决定，刀具的齿根部分圆角、渐开线和过渡曲线之间的联接等齿形设计优化是刀具设计的关键。目前我公司模数m≤20的小混合机械齿轮加工多采用滚刀加工混合机械齿轮齿形，对于模数m>20的大混合机械齿轮加工采用的刀具为指形混合机械齿轮铣刀，本文重点阐述大型混合设备中大混合机械齿轮加工用指形混合机械齿轮铣刀的齿形设计。(1)直齿圆柱混合机械齿轮加工刀具的齿形确定铣刀齿形的渐开线部分，可通过计算得出，优化设计前混合机械齿轮铣刀齿形曲线由三部分组成：渐开线、圆弧和直线(圆弧和直线组成过渡曲线)，如图1所示。为渐开线齿形上任意点，设混合机械齿轮中心为坐标原点0，Oy为齿槽的对称轴线，直齿圆柱混合机械齿轮铣刀齿形上任意点坐标计算如下xg=Rsin(c，YgCOS02式中，为A点的齿间中心半角，按下式公式计算09=∞。+inv口式中，为A点压力角，按下式公式计算=COS～Ro／R03。为基圆齿间中心半角，按下式公式计算(c，。：，一invf∞，=(丌一4tanr)／2z+AS／mz式中，为变形系数，标准混合机械齿轮=0；AS为分圆齿厚减薄量，一般取制造混合机械齿轮分圆弦齿厚公差中上偏差的1／3。于是，(c，=(一4tanf)／2z+ASImz+(02fminvf)给出一系列的R，便可求出齿形渐开线部分各点的坐标。下面是以模数脚=45、齿数z=140、齿宽B=250mm、材质为锻件42CrMo、齿面热处理硬度要求为290～320HBW的通过给出不同点数值求出的渐开线齿形各点坐标值。由图2可以看出，混合机械齿轮铣刀在B点处由于不能圆滑过渡，形成了拐点，拐点处应力集中，产生尖角效应；由于有明显的拐点，使得铣刀在热处理淬火时，在此处形成裂纹源，易出现裂纹和开裂；由于拐点的存在，使混合机械齿轮表面出现不圆滑凸棱曲面，磨损严重，啮合性能差，传动不平稳。混合机械齿轮铣刀齿根圆角R=6mm较小，铣刀头部切削强度差，极易断裂，打刀现象严重，造成混合机械齿轮加工优化改进设计后，将混合机械齿轮铣刀齿形曲线改由四部分组成：渐开线、斜线(斜线的倾角为=3。96)和圆弧、直线(斜线、圆弧、直线组成过渡曲线)，如图3N示。根据渐开线形成原理，通过改变混合机械齿轮齿形坐标点，利用斜线将渐开线与齿根圆弧形成圆滑过渡联接，避免了拐点的形成；同时由于增大了混合机械齿轮铣刀齿根圆角R=8．6mm，提高了刀具强度和使用寿命，减少了由于刀具断裂、打刀造成的经济损失。斜线的倾角的取值范围由齿数决定，一般取值为：3。≤≤8。。(2)刀具齿根圆角的优化设计混合机械齿轮齿根部分齿形直接由铣刀决定，而混合机械齿轮的强度很大程度上决定于齿根部分的截型，齿根部分过小，导致混合机械齿轮应力集中，在进行混合机械齿轮热处理时，齿根部分会因为应力集中导致裂纹，同时刀具因刀头直径过小，切削强度不足，刀具损失严重，采用合理增大刀具齿根圆角尺，是解决上述问题的有效途径。根据渐开线形成原理，反复实践及修改设计，在原设计齿根圆角尺=(0．2～0．3)／T／、R=0．38m的前提下，将其提高到齿根圆角=(0．39～0．52)／71，使混合机械齿轮达到强度和刀具寿命的最佳平衡，现广泛应用在车间混合机械齿轮加工中，使用中得到良好反馈和验证。下面是刀具齿根圆角改进前后，三种不同齿根圆角齿形比较，如图4所示。(3)硬齿面混合机械齿轮加工刀具材料的确定金属的切削过程中，刀具的切削部分直接完成切削工作，刀具不但承受很大的切削力和很高的温度，还要经受冲击载荷和机械摩擦，刀具材料性能的优劣直接影响刀具的质量、切削加工生产率、刀具耐程度、零件加工精度和表面质量等诸多因素，因此刀具材料在选择时必须考虑：工件的材料、形状、刀具类型、加工方法和工艺系统刚度等；刀具材料的高硬度、足够的强度和韧性、耐热性、高耐磨性、良好的工艺性能及使用性能。一般情况下，根据刀具材料硬度选择高于被加工零件材料硬度的选择要求，通常刀具的硬度为工件硬度的两倍以上，所以刀具材料硬度为65．9～67．5HRC，必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性及良好的高温耐热性、化学稳定性和导热性能。