上海硬質合金刀具優點多重優惠「多圖」

齒輪，被公認為是工業化的一種標志，齒輪制作水平直接影響到機械產品的功能和質量。本文從齒輪制作在工業中重要意義動身，著重介紹了齒輪加工工藝、光滑技能的蕞新開展情況，以及齒輪加工用光滑介質的技能要求和挑選辦法。

1 導言

眾所周知，齒輪傳動是近代機器中常見的一種機械傳動，是機械產品的重要根底零部件。它與其他機械傳動方式（鏈傳動、帶傳動、液壓傳動等）傳動相比，具有功率范圍大、傳動功率高、傳動經確、運用壽數長等特色。因而，它已成為許多機械產品不行缺少的傳動部件，也是機器中所占比重蕞大的傳動方式。

齒輪的設計與制作水平將直接影響到機械產品的功能和質量，例如，在現代蓬勃的轎車工業中，一般每輛轎車中有18~30個齒部，齒輪的質量直接影響轎車的噪聲、平穩性及運用壽數。齒輪的加工技能和設備一般極大的影響了工業范疇中所能達到的蕞高制作水平，現代工業興旺的先進國家如美國、德國和日本等也是齒輪加工技能和設備的制作強國。因而，齒輪在工業開展中的位置一向比較突出，被公認為是工業化的一種標志。從這個視點來看，重視齒輪的先進加工技能和開展趨勢具有極其重要意義。

2 齒輪加工技能的新開展

一般來說，齒輪制作工藝進程包含資料制備、齒坯加工、切齒、齒面熱處理和齒面精加工等五個階段。齒形加工和熱處理后的精加工是齒輪制作的要害，也反映了齒輪制作的水平。而齒輪制作工藝的開展，很大程度上表現在精度等級與出產功率的前進兩方面。現在世界各國主要從齒輪加工工藝和加工設備的開展兩個方面來不斷地前進齒輪的制作水平。

2.1

硬齒面滾齒技能

在傳統辦法中，齒輪的硬齒面的加工需求經過齒面的磨削加工，由于磨齒加工功率太低，加工成本過高，尤其對一些大直徑，大模數的齒輪在加工上難度更大，因而從20世紀80年代起，國內外企業已逐步選用硬齒面刮削作為淬硬齒輪(40～65HRC)的半精、精加工辦法。

硬齒面滾齒技能也稱刮削齒加工，這種工藝，是選用一種特別的硬質合金滾刀，對滲碳淬火后齒面硬度為HRC58-62的齒輪齒面進行刮削，刮削精度可達到7級。這種辦法可加工任意螺旋角、模數1～40mm的齒輪。普通精度(6～7級)硬齒面齒輪，一般選用“滾—熱處理—刮削”工藝，粗、精加工在同一臺滾齒機上即可完成；齒面粗糙度要求較高的齒輪，可在刮削后安排珩齒加工；對于齒輪，則選用“滾—熱處理—刮削—磨”工藝，用刮削作半精加工工序代替粗磨，切除齒輪的熱處理變形，留下小而均勻的余量進行精磨，能夠節約1/2～5/6的磨削工時，經濟效益十分顯著。對于大模數、大直徑、大寬度的淬硬齒輪，因無相應的大型磨齒機，一般只能選用刮削加工。

硬齒面刮削蕞大的特色是出產功率要比磨齒高5-6倍，除此以外，可對熱處理滲碳淬火齒輪過大的變形量進行磨齒前的修刮，不僅消除了齒輪的變形量，確保了齒輪在磨齒加工中的平穩，并且前進了磨削功率，保護了磨齒設備的精度。

選用硬齒面滾齒技能進行齒輪加工時，溫度操控極為重要，由于過高的溫度會使刀具磨損加快且易崩刀；因而需求經過金屬加工液來冷卻，一起沖走刀具和工件上的切削，前進刀具壽數和工件外表加工粗糙度。一般選用專用的油基切削液作為冷卻光滑介質，如KR-C20，經過對粘度的適當操控和選用優異環保的極壓抗磨劑來滿意工藝中冷卻、清洗和光滑等方面的要求。

2.2干切削技能

干式切削加工即無光滑切削加工，是金屬切削加工的開展趨勢之一。該技能在上世紀80年代即開始研究，但一向受到機床、刀具資料的限制而開展緩慢，近十幾年來跟著機床設計技能、硬質合金刀具和外表涂層技能、新式套瓷刀具、工藝理論研究的開展，干式切削在大幅度提升出產功率、顯著改進外表質量的一起，也使出產成本有所下降。

高速干式切削是在無冷卻、光滑油劑的效果下，選用很高的切削速度進行切削加工。高速干式切削有必要選用適當的切削條件。首先，選用很高的切削速度，盡量縮段刀具與工件間的接觸時刻，再用緊縮空氣或其他類似的辦法移去切屑，以操控工作區域的溫度。實踐證明，當切削參數設置正確時，切削發生的熱量80%可被切屑帶走。

高速干式切削法不僅使機床結構緊湊，并且極大地改進了加工環境和下降了加工費用。在齒輪加工中，為進一步延伸刀具壽數、前進工件質量，可在齒輪干式切削進程中，每小時運用10～1000ml光滑油進行微量光滑。這種辦法發生的切屑能夠認為是干切屑，工件的精度、外表質量和內應力不受微量光滑油的幅面影響，還能夠用自動操控設備進行進程監測。

據資料顯示，美國、日本、德國等興旺國家選用干式切削的總成本是傳統切削工藝的70%左右。據美國企業的統計，在會集冷卻加工體系中，切削液占總成本的14%～16%，而刀具成本只占2%～4%。據測算，假如20%的切削加工選用干式加工，總的制作成本可下降1.6%。干切技能的優勢還表現在零件外表質量的前進和幾許精度的改進。國外資料表明，干切工藝的工件外表粗糙度值能夠下降40%左右，除此之外，干式切削對于資源和環境的重要意義也是顯而易見的。德國在高速干式切削范疇中處于令先位置，現有8％左右的企業選用干式切削，這預示著高速干式滾齒技能將是未來齒輪加工開展的一個方向。

能夠預見，國內涵滾齒、插齒、成型磨等加工范疇選用干式切削技能將極具潛力，跟著齒輪機床、齒輪資料、齒輪刀具、加工工藝的前進，代替傳統工藝只是時刻問題。

2.3

齒輪的無屑加工

與滾齒、插齒、剃齒和磨齒等傳統的齒輪齒形成形方式不同，齒輪的無屑加工辦法是運用金屬的塑性變形或粉末燒結使齒輪的齒形部分終究成形或前進齒面質量的。該辦法能夠分為工件在常溫下進行加工的冷態成形和把工件加熱到1000℃左右進行加工的熱態成形兩類。前者包含冷軋、冷鍛等；后者包含熱軋、精細模鍛、粉末冶金等。

無屑加工齒輪能夠使資料運用率從切削加工的40～50％前進到80～95％以上，出產率也可成倍增長。但因受模具強度的限制，現在一般只能加工模數較小的齒輪或其他帶齒零件，一起對精度要求較高的齒輪，在用無屑加工成形后仍需求運用切削加工終精整齒形。無屑加工齒輪需求選用專用的工藝配備，初始投資較大，只要在出產批量較大時(一般達萬件以上)才干顯著下降出產成本。

齒輪加工中強力噴丸

強力噴丸是提高齒輪齒部彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的重要方法，是改善齒輪抗咬合能力、提高齒輪壽命的重要途徑。本文主要介紹齒輪加工中的強力噴丸工藝。

1、工作原理  

強力噴丸工藝主要是利用高速噴射的細小鋼丸在室溫下撞擊受噴工件表面，使工件表層材料產生彈塑性變形并呈現較高的殘余壓應力，從而提高工件表面強度及疲勞強度。噴丸一方面使零件表面發生彈性變形，同時也產生了大量孿晶和位錯，使材料表面發生加工強化。如圖1所示：

.    圖1-a   經噴丸處理的零件表面    圖1-b 未經噴丸處理的零件表面

噴丸對表面形貌和性能的影響主要表現在改變零件的表面硬度、表面粗糙度、抗應力腐蝕能力和零件的疲勞壽命。零件的材料表層在鋼丸束的沖擊下發生循環塑性變形。根據材料的性質和狀態的不同，噴丸后材料的表層將發生以下變化：硬度變化、組織結構的變化、相轉變、表層殘余應力場的形成、表面粗糙度的變化等。

2、    噴丸強度的測量方法

當一塊金屬片接受鋼丸流的噴擊時會產生彎曲。飽和狀態和噴丸強度是噴丸加工工藝中的兩個重要概念。飽和狀態是指在同一條件下繼續噴擊而不再改變受噴區域機械特性時的狀態。所謂噴丸強度，就是通過打擊預制成一定規格的金屬片（即試片），在規定的時間使之達到飽和狀態的強弱程度，并用試片彎曲的弧高值來度量其噴擊的強弱程度。

目前，應用廣的美國機動車工程學會噴丸標準中采用阿爾曼提出的噴丸強化檢驗法——弧高度法，該方法由美國GM公司的J. O. Almen（阿爾門）提出，并由SAEJ442a和SAE443標準規定的測量方法，其要點是用一定規格的彈簧鋼試片通過檢測噴丸強化后的形狀變化來反映噴丸效果。對薄板試片進行單面噴丸時，由于表面層在彈丸作用下產生參與拉伸形變，所以薄板向噴丸面呈球面彎曲。通常在一定跨度距離上測量球面的弧高度值，用其來度量噴丸的強度。測定弧高度值是通過將阿爾門試片固定在專用夾具上，經噴丸后，再取下試片，然后用阿爾門量規測量試片經單面噴丸作用下產生的參與拉伸形變量（即弧高度值）。如用試片測得的弧高值為0.35mm時，記作0.35A。

噴丸強度的另一種檢驗方法為殘余應力檢測，即對經強力噴丸后的工件進行殘余應力的檢測，具體的檢驗方法為X射線衍射法。在美國SAE J784a標準中推薦如下方法：X射線的入射和衍射束必須平行于齒輪的齒根，圓柱直齒輪和圓柱螺旋齒輪上的測量位置應當在齒根的寬度中央，照射區域必須集中在齒根圓角的中心，不能橫向延伸超出規定的齒根圓角表面深度的測量點，照射區域大小的控制可以通過對直光束和適當遮蓋齒根表面實現；在每個選定受檢的齒輪上，少要任選兩個齒進行評估，兩齒間隔180。如果齒的有效齒廓受到保護沒有研磨，則可以認為齒根研磨的用于表面下殘余應力測量的齒輪未受損壞并且可以用于生產。

3、    噴丸對提高零件疲勞抗力的作用

a．借助表面冷變形實現材料表面強化的本質在于冷變形造成材料表層組織結構的變化、引入殘余壓應力以及表面形貌的變化。

b． 噴丸使材料表面性能改善

c． 強化噴丸過程中，當微小球形鋼丸高速撞擊受噴工件表面時，使工件表層材料產生彈、塑性變形，撞擊處因塑性形變而產生一壓坑，撞擊導致壓坑附近的表面材料發生徑向延伸。當越來越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時，工件表面越來越多的部分因吸收高速運動鋼丸的動能而產生塑性流變，使表面材料因塑性變化而產生的徑向延伸區域越來越大，發生塑性形變的表面逐步連接成片，則使工件表面逐步形成一層均勻的塑性變形層。塑性變形層形成后，繼續噴丸會使塑變層因繼續延伸而厚度逐步變薄，同時塑變層的徑向延伸會因受到鄰近區域的限制而導致重疊部分發生破壞，終塑變層因持續的噴丸而剝落。所以必須對噴丸的時間加以嚴格的控制。

4、噴丸對滲碳齒輪表層殘余應力的影響

關于噴丸使工件表面形成殘余應力的原因，根據Al-Obaid等人的觀點：當高速鋼丸撞擊到試樣表面,撞擊處產生塑性變形而殘余一壓坑,當越來越多的鋼丸撞擊到試樣表面時,則會在試樣表層產生一層均勻的塑變層,由于塑性變形層的體積膨脹會受到來自未塑性變形近鄰區域的限制,因此整個塑變層受到一壓應力。

由于殘余壓應力及其分布對齒輪疲勞壽命有較大的影響,而噴丸強化工藝的優劣將直接影響殘余應力大小及其分布。因此準確測定受噴零件的表層殘余應力對于評價噴丸工藝的優劣是一個行之有效的手段。

5、噴丸對零件表面粗糙度的影響

強化噴丸會引起零件受噴表面的塑性變形，使零件的表面粗糙度發生變化。表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，又稱為微觀不平度。表面粗糙度和表面波度、形狀誤差一樣，都屬于零件的幾何形狀誤差，表面粗糙度對于機器零件的使用性能有著重要的影響。噴丸對材料表面粗糙度的影響通常在Ra0.6～20mm范圍內。在不改變工藝參數的條件下，材料原始表面粗糙度愈高，噴丸后的Ra值愈大。生產實踐證明，一般情況下，噴前表面粗糙度在6.3mm以下，噴丸可以提高或維持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。

在生產實踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應從以下幾個方面著手：

提供較好的原始表面，Ra值應在6.3mm以下；

選擇合理的鋼丸直徑和噴丸壓力；

在大直徑鋼丸噴丸強化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強度值)覆蓋一次，可達到較好的表面粗糙度。

噴丸后的零件表面應輕微打磨，打磨時要控制表面金屬去除量。這樣，既不損害噴丸的強化效果，又可改善表面粗糙度。當然，這是一個多因素問題,不論采用什么方法，必須同時考慮其他因素的影響。

6 、工藝參數對噴丸效果的影響

對噴丸質量有影響的主要有以下幾個方面：

鋼丸材料、鋼丸直徑、鋼丸速度、鋼丸流量、噴射角度、噴射距離、噴射時間、覆蓋率等。其中任何一個參數的變化都會不同程度地影響噴丸強化的效果。

a、鋼丸的材料、硬度、尺寸及粒度對噴丸效果的影響

鑄鐵丸和鑄鋼丸通常用于硬齒面齒輪的噴丸。鑄鐵丸的缺點是韌性較低，在噴丸過程中易于破碎、耗損量大，對破碎的鋼丸要及時分離，否則會影響受噴表面質量。但鑄鐵丸的優點是價格便宜、硬度高，可以使受噴表面產生較高的殘余壓應力。鑄鋼丸與鑄鐵丸相比，其優點是不易破碎，對受噴表面幾何形貌有利。但鑄鋼丸硬度較鑄鐵丸低，在其他條件相同時，受噴表面的殘余壓應力低于鑄鐵丸。

刀具涂層技術

刀具涂層技術，為你的運用技術加冕

切削刀具表面涂層技術是近幾十年應市場需求展開起來的材料表面改性技術。選用涂層技術可有用前進切削刀具運用壽數，使刀具獲得尤秀的歸納機械功用，然后大幅度前進機械加工功率。

涂層的效果

1、前進硬質合金的耐磨性功用；

2、前進抗癢化功用；

3、減小抵觸；

4、前進抗金屬疲勞功用；

5、添加抗熱沖擊性。

涂層的特色

1、力學和切削功用好。

涂層刀具將基體材料和涂層材料的尤秀功用結合起來，既堅持了基體出色的耐性和較高的強度，又具有涂層的高硬度、高耐磨性和低抵觸系數。因而，涂層刀具的切削速度與未涂層的比較，切削速度可前進2~5倍，運用涂層刀具可以獲得明顯的經濟效益。

2、通用性強。

涂層刀具通用性廣，加工規模明顯擴展，一種涂層刀具可以代替數種非涂層刀具運用，因而可以大大減少刀具的種類和庫存量，簡化刀具處理，下降刀具和設備本錢。

涂層的分類

依據涂層方法不同，涂層刀具可分為化學氣相堆積,涂層刀具、物理氣相堆積,涂層刀具及混合工藝及組合技術。CVD涂層原理如圖a所示，PVD涂層原理如圖b所示。混合工藝是等離子輔助CVD技術與傳統的PVD技術進行有用的結合。比方先堆積傳統的CrN硬質涂層，再在上面堆積一層用于減少抵觸的DLC涂層。組合技術是涂層前對東西或零部件的表面層進行氮化，可以前進涂層的成效。

CVD涂層，堆積溫度在1 000℃左右，可以涂覆耐磨損性優異的TiCN、耐熱性非常優異的Al2O3厚膜，因而在發生高溫的高速、高功率切削加工中能顯示出長壽數，CVD涂層如圖a所示。

PVD涂層，堆積溫度在500℃左右，一般用在與無涂層硬質合金、高速鋼相同或較高速的切削速度條件下，以延伸刀具壽數為政策。對基體限制少、損害小，因而特別合適用于要求耐磨損性、耐崩刃性的刀具，也適用于要求尖銳刃口的低進給加工與精加工或螺紋加工東西等，PVD涂層如圖b所示。

金剛石涂層選用CVD（化學蒸鍍法）在硬質合金基體上組成。組成的涂層具有與天然金剛石相匹敵的硬度與導熱系數，在非鐵材料的加工中發揮著優異的功用。金剛石涂層刀具因為其出色的切削功用，在切削加工范疇具有寬廣的運用前景，是加工石墨、金屬基復合材料、高硅呂合金及許多其他耐磨蝕材料的志向刀具，目前其主要運用范疇是轎車和航空航天工業。金剛石涂層刀具的安排如下圖所示。

金剛石涂層刀具安排

依據涂層材料的性質，涂層刀具又可分為兩大類，即“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具。“硬”涂層刀具尋求的主要政策是高的硬度和耐磨性，其主要長處是硬度高、耐磨性好，典型的是TiC和TiN涂層。“軟”涂層刀具是選用固體潤滑劑如MoS2、WS2等制備的刀具，“軟”涂層尋求的政策是低抵觸系數，也稱為自潤滑刀具，它與工件材料的抵觸系數很低，只要0.1左右，可減小粘、減輕抵觸、下降切削力和切削溫度。

涂層的結構

經過多年的展開，涂層的結構已經發生了許多改動，有了很大的改進。在涂層技術中，通常有以下五種不同的結構：

1、單層結構

望文生義，這種結構只要一層涂層。當我們在顯微鏡下觀察這種結構時，可以看見一些長柱形涂層結構。這種涂層很簡單涂覆，但也很簡單發生裂紋和破損。想象一下，當一個球擊中一束柱體時，這些柱體就會開始倒下，而裂紋簡單就能貫穿涂層，抵達基體。

2、多層結構

多層結構是由許多不同的單層結構互相堆疊在一起構成的。表面花紋鋼就是歷使上此類結構的一個比如。多層結構涂層可將幾種涂層材料的特性結合在一起，形成耐性與硬度俱佳的表面。

3、納米多層結構

納米多層結構與多層結構本質上相同，但其層厚卻要薄得多：涂層厚度僅為原子級水平。

4、納米復合涂層結構

納米復合涂層選用了與硬質合金刀具相似的技術。這種納米結構將粘結相（例如硬質合金中的鈷）的耐性與納米復合涂層的硬度結合在一起。

5、梯度結構

該結構的涂層功用具有漸變性：涂層中心部分較軟而賦有彈性，而在接近表層時則變得堅固而耐磨。

涂層的選用

為了更好地挑選和展開刀具及零部件的蕞佳成效，需求區分其主要及特定的磨損性和失效機理。磨損、粘附、腐蝕和疲勞都視為磨損機理，而且都取決于實踐的運用。經歷指出，材料的抵觸和磨損都不是材料的原因，而是整個體系的原因。因而，在挑選涂層前就必須剖析整個抵觸體系，包含零部件的技術功用、抗壓力規模以及磨損機理的類型。

硬質合金涂層的運用舉例

1、切削東西：鉆頭、刀片等。

2、耐磨東西，包含各種金屬模具、沖頭、軋輥、切開刀具等

涂層展開前景

其時切削工業依然面臨著各種問題，其間用戶要求越來越高以及要切削的材料特性這兩方面問題尤為杰出。

來歷：《硬質合金刀具涂層的現狀及展開方向》

涂層是處理這些新難題的有用手段，涂層對硬質合金壽數的影響程度遠超過基體本身對壽數的影響程度，涂層技術的展開方向將是：

1、下降涂層工藝溫度

2、增強模基結合力

3、研發更強韌的涂層材料

4、更加簡單易控的涂層工藝裝備