原創(chuàng) woodykissme
高速干切滾齒在世界上出現(xiàn)已經有很多年了，國內應用的卻不是特別普遍。最近整理了一下關于高速干切干切滾齒的相關內容，做成一個學習筆記，記錄下來。有興趣的小伙伴可以花點時間瞅瞅。
干切滾齒的出現(xiàn)主要有幾方面的因素：
近年來，世界各地環(huán)境安全要求不斷提高，許多企業(yè)都在尋求獲得ISO14000認證，以滿足國際環(huán)境標準。作為這項努力的一部分，工廠正在設計和實施無冷卻液的金屬切削方法，這不僅是為了改善工作環(huán)境，也是為了保護環(huán)境。然而，在車削和銑削應用中，幾乎沒有完全不使用冷卻液的干式切削機床，盡管有些機床正在從濕式切削轉向 MQL（微量潤滑）。其中，齒輪切削領域，尤其是滾齒領域正在向完整的干切削機床轉變。
濕切滾齒
在滾齒應用中，過去提倡使用硬質合金滾刀的干切削方法，但由于刀具崩刃問題尚未得到解決而沒有被廣泛接受。此后，由于表面處理技術的進步，高速鋼涂層滾刀和干切滾齒機的出現(xiàn)，使得齒輪干式滾齒技術迅速發(fā)展。
干切削的優(yōu)點
事實上，冷卻液在工廠中會產生油污，并對環(huán)境產生不利影響。干式切削不僅解決了此類環(huán)境問題，而且由于其運行成本低，還可以有效提高切削效率并降低生命周期成本。
從環(huán)境角度來看，使用干式滾刀的好處促使類似三菱、格里森、利勃海爾等公司研究使用高速鋼滾刀進行干式切削，這種滾刀比硬質合金滾刀更穩(wěn)定。廠家測試以與高速鋼滾刀的普通濕式滾刀相同的速度開始增加。
結果令人驚訝，高速切削似乎是一種理想的切削方法，因為將切削速度提高到普通切削速度的兩倍，零件上沒有出現(xiàn)異常磨損或溫升。但是，缺乏冷卻液也帶來了阻礙干切削實際應用的重大問題。這些問題包括：飛屑和切屑產生的熱量，這促使機床廠家開發(fā)一種新型干式滾齒機。下面以三棱的高速滾為例，討論干切所需的機床功能和刀具要求。
機床主電機容量是一個重要問題。在濕式滾刀中，通常使用高速鋼滾刀以 80 至 160 m/min 的切削速度滾齒零件（滲碳鋼）。然而，干式滾齒的切削速度為 160 至 400 m/min，是濕式切削的 2 至 2 .5倍，甚至更高。由于切削功率與切削力和主軸轉速成正比，因此干切滾齒機需要的主電機容量是傳統(tǒng)濕式滾齒機的2至2.5倍以上。換句話說，將傳統(tǒng)滾齒機改造為干式滾齒機是可能的，但在許多情況下，由于切削條件受到主電機容量的限制。
再有，就是采取防止切屑飛散和積聚的措施。在濕式滾齒加工中，冷卻液用于清潔切削點，冷卻零件、刀具和夾具，并將切屑排出到機器外部。相比之下，在干滾加工中，這些功能由空氣和防護罩來執(zhí)行。
一種采用的策略采用全密封的切割區(qū)域。帶有動能的切削切屑在切削區(qū)域中彈跳，并飛過小至幾毫米的間隙，從滾齒區(qū)域彈出并積聚在機器零件上。因此，為防止機器性能惡化和故障，切割區(qū)域必須完全密封。
在立柱側，由于滾刀頭架會進行垂直和旋轉運動，因此采用雙蓋設計（一個安裝在滾刀鞍座上，另一個安裝在立柱上）來防止切屑飛出。此外，進入機器的所有軟管均通過分隔切割區(qū)域內部和外部的中繼模塊連接。當然，放置在切割區(qū)域內的電纜和軟管部分需要受到保護，免受高溫切割碎片的影響。
在尾架側，為了防止?jié)L齒時切屑飛出，將用于主軸旋轉的分隔罩的開口部用擋板密封。床身頂部覆蓋有低摩擦系數(shù)的陡坡不銹鋼蓋，可以將落下的切屑收集到安裝在床身底部的排屑器中，防止切屑飛出切削外，累積起來。
然后是刀頭蓋。不銹鋼刀頭蓋可防止飛屑堆積在刀頭上或進入主電機或機器部件之間的間隙。
干式滾齒由于不具備冷卻液的沖洗能力，容易造成切屑粘附在切削刀具，從而導致齒輪齒面產生缺陷和切屑沉積。
機床廠家針對這些問題給出相應的對策，多數(shù)采用扁平吹氣噴嘴產生氣流來去除廢切屑。防護罩安裝角度必須考慮切屑的反彈和傾斜的夾具表面，以防止切屑進入切削區(qū)域。另外，利用吹氣清除積聚在零件頂部的切屑，并在滾刀外周附近安裝擋板，以防止飛出的切屑被捕獲并隨滾刀一起轉動。
在干切削中，排屑措施至關重要，因為干切削產生的大部分熱量都轉移到了切削切屑上。此外，由于該過程不涉及冷卻劑，因此必須以其他方式控制機器產生的熱量。這些措施包括：
內蓋：為了防止熱量傳遞到機身，通過一層空氣安裝低導熱系數(shù)的不銹鋼蓋進行隔熱。
用于釋放切削熱的集塵器：為了防止切屑熱量通過對流傳遞到機身，機器使用集塵器來捕獲干式滾齒過程中產生的微小切屑，以提供氣流將切削熱帶出機器。
軟管和電纜的保護：液壓和其他連接采用鋼絲編織軟管，因為高溫飛屑可能導致漏油或漏氣。為了防止切屑造成斷線，接線電纜被耐熱塑料導管保護?？刂茩C身產生的熱量需要使用非接觸式油封。將產生大量熱量的主軸上使用的油封更換為非接觸式密封件，從而大大減少了產生的熱量。
軸承采用油霧潤滑。高速旋轉時，在軸承上涂抹大量潤滑劑以散發(fā)熱量，也會因攪拌損失而產生一些熱量。然而，施加太少的潤滑劑對于散熱來說是無效的。因此，我們采用油霧潤滑方法，確保軸承產生的熱量最少。由于氣壓差的作用，這種方法還可以防止異物進入密封件。
使用高速滾刀進行干滾的特點
首先，干滾是如何實現(xiàn)的？使用傳統(tǒng)TiN涂層滾刀干式滾齒齒輪會出現(xiàn)異常磨損，但TiAIN涂層滾刀在同等情況下磨損量小得多。這是由于以下原因：
首先，使用了耐磨性優(yōu)異的涂膜。在干切削中，由于缺乏冷卻液，滾刀的刀齒暴露在極高的溫度下。高溫下涂膜成分的轉變。在TiN涂層中，涂膜的Ti成分被氧化并轉變成脆性的TiO2成分，從而無法保持其原有的耐磨特性。另一方面，在TiAlN膜的情況下，Al在距離表面約0.5μm的深度處被選擇性氧化，并且被產生一層剛性膜。有研究發(fā)現(xiàn)，由于該薄膜的作用，TiAIN涂層具有高耐磨特性。
其次，通過沉積滾刀切屑來產生保護膜。在濕式滾齒加工中，冷卻液中含有的極壓添加劑可防止?jié)L齒切屑沉積。然而，在干式滾齒加工中，滾齒切屑很容易沉積，以保護刀具表面，減少磨損量。圖7顯示了滾齒后切削刃的組成圖像。出現(xiàn)白色的部分是滾刀切屑 (Fe)，可以看到它沉積在滾刀的切削面上。
為了對不同類型的滾刀進行比較，表 2顯示了各種滾齒方法中使用的滾刀。硬質合金滾刀雖然可用于極高的速度滾齒，但由于韌性低，很容易崩刃。使用高速滾刀的干式切削可提供高生產率和刀具穩(wěn)定性，因此暫且是最有利的滾齒方法。
使用干滾刀的重要注意事項
正如前面所討論的，需要增加主電機容量。如果通過引入干切削將切削速度從100m/min提高到200m/min，則所需的切削功率將增加一倍，再加上增加的機器空載功率，因此必須增加主電機容量。
還可以采取措施盡量減少切屑粘連。一種方法是重新涂層，以減少刀具和工件之間的親和力，防止?jié)L齒切屑粘附到刀具的切削刃上。還應結合適當?shù)膰姎鈦砬宄掣皆谇邢魅猩系那行己拖邢鼽c處的飛屑。
熱量隨著循環(huán)時間越長積累越高，工件中積聚的熱量就越多。換句話說，刀具與工件接觸的時間越長，工件的溫度就越高。提高切削速度或進給量可以降低工件溫度。因此，需要根據(jù)與工件精度、刀具壽命等的關系設定最佳滾齒切削參數(shù)。
最近的發(fā)展
高速鋼干式滾齒的最高速度過去為200m/min。然而，由于開發(fā)了具有比TiAlN更好的高溫抗氧化特性的新涂膜，其已提高至250m/min，在某些場合最大線速度甚至達到了450m/min。為在特定滾齒條件下（切削速度250m/min、軸向進給）使用滾刀（3螺紋、14刃）滾削工件（m2.25、52T、23°LH、B35 mm）后切削刃的磨損情況2.4 毫米，無竄刀）。新型涂層滾刀的磨損是TiAIN滾刀的一半。
最后
在干式滾齒加工中，未來將追求更高的切削速度。對于切削工具來說，為了承受高溫滾齒，需要開發(fā)具有優(yōu)異耐熱性的基材和具有優(yōu)異抗氧化性的涂層材料。
盡管干式滾齒機的開發(fā)仍在繼續(xù)，但插齒機正在向干式切削方面穩(wěn)步取得進展。此外，對僅由干式切削機組成的齒輪切削生產線的需求也很大，因此干式剃齒機的發(fā)展是值得期待的，雖然剃齒逐漸被磨齒替代。
