《插齿时齿面挤伤与插齿刀后面非正常磨损的原因及解决措施.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《插齿时齿面挤伤与插齿刀后面非正常磨损的原因及解决措施.pdf（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、4 9 插齿时齿面挤伤与插齿刀后面非正常磨损的原 因及解决措施 王 敏 之 湖南工程学院 摘要： 介绍 r 插齿时产生齿面挤伤及插齿刀后面非正常磨损的特有现象， 分析了其原因以及切屑的几种形 态， 给出了切削厚度分析计算的新方法， 提出一套新见解和解决措施。 关键词： 插齿， 切削厚度， 齿面挤伤， 后面磨损 Ca u s a t i o n a nd S o l u tio n o f Ex t r u s i o n W o u n d o f Ge a r F a c e a nd Ab n o r ma l Ab r a s i o n o f To o l F l a n k Du
2、r i n g Ge a r S h a p i ng Wa n g Mi n z h i Ab s t r a c t ：T h e e x t r u s i o n w o u n d o f g e a r f a c e a n d t h e a b n o r m a l abr a s i o n o f the i n s e r t i n g t o o l fl a n k d u r i n g g e a r s h a p i n g are i n t r o d u c e dI ts f o r ma t i v e c a u s a t i o n a
3、n d s o me o f t h e c h i p s h a p e s a r e a n a l y z e d T h e n e w me t h o d o f c u t t i n g t hic k n e s s ana l y s i s and c o m p u t e i s g i v e n o u t Th e n e w v i e w s an d sol u t i o n s f o r t h i s p r o b l e m a r e p r e s e n t e d Ke y wo r d s ： g e ar s ha p i n
4、g ， c u t t i n g t h i c k n e s s ，e x t r u s i o n w o u n d o f g e ar f a c e ， a b r a s i o n o f t oo l fl a n k 1 引言 插齿法是圆柱齿轮制造 中广泛采用的方法。对 模数 3 m m以下的齿轮一次插 到全齿深时常发生齿 面挤伤及插齿刀后面的非正常磨损， 在齿面靠近根 部的切出面上有严重的切屑挤伤痕迹( 见图 1 ) ， 使 该处齿面的表面粗糙度值大大高于其它部位， 直接 影响齿轮的质量和寿命( 图 2为插齿刀后面磨损情 况) 。 在刀齿切出刃后刀面离顶刃一定距离的
5、局部 收稿日 期： 2 0 0 5 年 7 月 区域， 非正常磨损特别严重， 称为“ 危险部位” 。一般 认为齿面挤伤及刀具后面非正常磨损是由插齿刀切 工件切向进给方向 图 1 来在窄缝中难以刃磨的刀刃变成在敞开的端面上的 刀刃， 极大地方便了刀片的刃磨和检测； 可以方便 地利用 6 头滚刀的特点， 把刀刃缩短为原长的 1 6 ， 不仅大大降低了切削力、 保证了切削过程的平稳， 而 且将原来前角近3 0 。 的变化减为 5 。 6 。 ， 因此可以在 保证加工效果的前提下合理选用不变的前角， 显著 降低了滚刀的制造难度； 刀片重磨后， 可用修磨端 面或在端面间加垫片的方法保持刀片在刀体中的正
6、确位置， 因此实现滚刀的多次重磨。 4 实用效果 用设计的短滚刀进行实切试验 ， 结果证明： 滚切 过程平稳、 顺利， 加工的星轮安装后啮合问隙符合设 计要求， 齿面接触斑点分布均匀， 接触面积大于 9 0 。实测排量比国际先进水平高 1 以上。在此 基础上， 将星轮的齿宽由原来的左、 右半齿相等改为 不等齿宽， 发明了“ 节能长寿单螺杆压缩机” 。节能 长寿单螺杆压缩机通过应用这种特殊滚刀加工的非 等宽齿星轮， 其性能与国际先进水平相比， 能耗降低 0 5 k w m3 tr d n ， 容积效率提高 5 以上， 星轮寿命 提高 1 0 以上， 其产业化工作得到了科技部中小企 业科技创新基金
7、 的支持 ， 产品的性能 与技术水平受 到了科技部多位院士的高度评价与用户的欢迎。目 前该产品已系列化并投入批量生产， 产品每年可节 电数亿度。 5 结语 与国外用仿形铣加工后再用螺杆砂轮磨齿的星 轮加工工艺相比， 星轮滚切工艺具有效率高、 成本低 的优势。目前正力精机作为国内唯一掌握这种特殊 滚刀设计与制造技术的企业， 正为进一步扩大我国 在单螺杆压缩机的基础研究、 工艺技术及其工艺装 备等方面的优势做出新的努力。 作者： 查世棵，总工程师， 广东正力精密机械有限公司， 5 2 8 3 0 5广东省佛 山市 维普资讯 http:/ 幽 2 出刃上的切屑被切人刃及顶刃上的切屑推挤进入切 出侧二
8、次插削时出现的空刀间隙中所造成。我们对 此进行了分析研究 ， 提出了解决途径。 2 插齿 时齿面挤伤及插齿刀后面非正 常磨损原因分析 齿面挤伤及插齿刀后面非正常磨损的特点： ( 1 )多发生于顶 刃较窄 的中小模数齿轮加工 、 且一次插到全齿深的情况； ( 2 ) 新插齿刀出现此现象 比旧插齿刀严重得 多； ( 3 ) 并非所有插齿加工时都会出现， 特殊的宽 齿顶齿轮插齿加工、 二次插齿法的第二次插齿 、 大圆 周进给插齿时均无此现象。说明该问题是展成法插 齿的特有规律， 与插齿时切屑的类型和切削刃切削 厚度的变化有关。 2 1 插齿齿面形成过程及产生切屑的类型 图 3 从图 3展成法插齿时齿
9、面形成过程可看 出， 在 插齿刀采用一次插到全齿深形成包络齿面时， 切屑 会形成三种形态 ： “ U ” 型 、 “ L ” 型和“ I ” 型。随着展成 运动的进行可看出： ( 1 ) 开始插削时 ， 切人刃 、 顶 刃及切 出刃同时切 削， 当各段刀刃的切削厚度 h 。 不为 0 ( 即未出现空 刀间隙) 时， 切屑呈连续的“ u ” 型； ( 2 ) 当切出刃切削厚度 D 出= 0及切出侧出现 空刀问隙后， “ 型切屑断开， 由切人刃与顶刃形成 的切屑呈“ L J， 型、 而切出刃 D 出0 段的切屑呈“ I ” 型 ： ( 3 ) 当顶刃切削厚度 h D N= 0以后， 只有切人刃 及
10、切出刃参与切削并且均形成“ I ” 型切屑； ( 4 ) 如采用二次齿深插齿法， 则第二次齿深插齿 时， 各刃切屑全为“ I ” 型； ( 5 ) 被加工齿轮大部分的金属材料系由插齿刀 切人刃及顶刃切去 ； ( 6 ) 切人刃及顶刃切 出的切屑与切 出刃切 出的 切屑相距甚远， 不存在切出刃切屑被推挤入空刀间 隙的可能( 见图4 ) 。 图 4 2 2 插齿刀各切削刃切削厚度分析 ( 1 ) 切人刃的切削厚度 图 5 分析切人刃上任一点 A在两次切削中第二次 的位置A 2 点， 依据参考文献 1 及图5 ， 有 维普资讯 http:/ h o fl x=O R ( 1 ) 式中 插齿刀在两次切
11、削时间内相对于齿轮 转过的角度 啮合极点 P到齿形上任意点法线的垂 直距离 f r 。 8 + f r。 r ZI = 地 r oZl ( 2 ) r 0 r0 R= b 0 一r o c o s ( 口 +1 1 一 ) ( 3 ) C O S O t h 0 r i ( 4 ) 式中 艿 插齿刀在两次切削时间内转过的角度 。 切入刃上任一点在两次切削中第一 次切削时半径线与连心线 的夹角 t7 i齿形上任一点的压力角 r 。 、 r b 0 插齿刀的分度圆半径和基圆半径 齿形上任一点的半径 切削刃上任一点在插削中的位置角， 为两次切削中第二次切削时齿厚中心 与连心线的夹角 纯侧刃上任一点在
12、齿形中的位置角， 为 半径线与齿厚 中心线的夹角 1 1 = 一纯+屈 ( 5 ) = S o 2 r 。 一( i n v a i n v a ) ( 6 ) S o =m( r c 2 +2 x 。 t a n a ) ( 7 ) 整理式( 1 ) 一 式( 7 ) 可得 h D j k ： 等 r b 0 一 。 s ( 口 + 一 ) ( 8 ) 把 、 切入刃上任一点的 ( 或 ) 及位置角 代入 式( 8 ) 和有关算式即可求出该点切削厚度 h D e k 。 当被加工工件为齿条时， 有 h D A=f s c o s o t c o s ( o t + 一 f ) ( 9 ) (
13、 2 ) 顶刃的切削厚度 分析顶刃上任一点 E在两次切削中第二次的 位置 E 2 点。 哪 ：0一P C 2：O r os i n e 2 ： r 0 s i n ( ) ( 1 o ) 1 一 = 一 ( 1 1 ) b i r ( 1 2 ) 整理式( 1 O ) 式( 1 2 ) 可得 h o r n ,= r o s i n ( fl i ) ( 1 3 ) 式中 顶刃上任一点在齿形中的位置角， 为 半径线与齿厚 中心线夹角 b i 顶刃上任一点到顶刃中心的长度 r 插齿刀的顶刃半径 e 1 、 e 顶刃上任一点 E在前后两次切削 5l 位置 中半径线与连心线 的夹角 把， 目 、 顶
14、刃上任一点的 ( 或 b ) 及位置角 屈代 入式( 1 3 ) 和有关算式即可求出该点切削厚度 h D N 。 当被加工工件为齿条时， 有 h D N=f s i n ( fl l ) ( 1 4 ) ( 3 ) 切出刃的切削厚度 I 璺 l 6 分析切出刃上任一点 A在两次 切削 中第二次 的位置 A 点 。由图 6可知 ： h D 出=O R= r 0 c 0 s ( 口 + 一 ) 一r b n ( 1 5 ) = +J9 _ +仇 ( 1 6 ) 式中 切出刃上任一点在两次冲程第一次位 置 中的半径线与连心线夹角 。 s ( t2 i - ) ( 1 7 ) 把 ， s 、 切出刃上
15、任一点的 ( 或 ) 及位置角 代入式 ( 1 7 ) 和有关算式即可求 出该点切 削厚度 D出 。 当被加工工件为齿条时， 有 D 出- AE os( 口 一 一tp i ) 一c o s t ( 1 8 ) ( 4 ) 计算实例 插齿刀主要参数： m=2 ， D 0 =2 0 。 ， Z o = 5 0 ， d 0 = 1 0 0 mm， h a 0 ：1 2 5 mm， X0 =0 2 5 ram， =5 。 ， D =6 。 ， S o 3 9 0 mm，S a 0= 0 8 1 ra m，r = 5 3 5 4 mm，r b o= 4 6 9 8 mm ； 加工对象： 齿条。 根据切
16、出刃分度圆上 、 7 1 、 u、 四点的半径及 位置， 由式( 6 ) 及有关算式求得各点切削厚度列于表 l 维普资讯 http:/ 52 表 1 切出刃上的四点切削厚度 D 出 值 h i：,l l 口 ( 。 ) ( to n i ) 8 21 3 5 8 8 5 3 4 2 2 0 7 2 2 S： 5 3 5 4 0 李刀间隙 窄刀间隙 空刀间隙 各点 r T ： 5 2 6 5 0 0 O 4 3 0 空刀问隙 空刀问隙 ( H l m) U： 5 1 7 7 0 0 0 8 5 0 0 0 4 6 0 空 问隙 V： 5 0_ 8 8 0 01 21 0 0 0 8 9 0 0
17、0 5 0 0 ( 5 )结论 由图3 6 及切削厚度计算公式可得： 各切削刃任一点的切削厚度随其所在半径 r 及切削位置 的大小而变化； 顶刃的切削厚度 由大变小 ， 到齿形槽底时为 零 ； 切出刃切去切屑较薄， 且接近被切齿轮齿形 根部时切屑厚度由 0变为切出侧 出现空刀间隙 ( 见 图 4 ) ； 切削厚度 、 切 出侧出现空刀间隙的大小与插 齿刀的圆周进给量 的大小有关。 2 3 齿面挤伤及插齿刀后面非正常磨损的原 因 出现空刀间隙时， 切入刃和顶刃产生“ L ” 型切 屑， 顶刃切屑被切人刃切屑推挤入切出侧出现的空 刀间隙中。当顶刃切屑厚度 与空刀间隙宽度适当、 挤入空刀间隙中的切屑
18、受到后刀面与工件齿面的强 烈挤压摩擦时， 齿轮切出侧齿面发生严重挤伤， 并使 相应插齿刀切出刃后面产生严重的非正常磨损( 称 之为“ 危险部位” ) 。插齿时齿形的切出侧出现空刀 间隙是插齿加工的固有规律， 而出现齿面挤伤及插 齿刀后面非正常磨损则非固有规律， 不是所有插齿 加工时均会产生。 由图 5知 ， 出现 空刀 间隙后 切出刃切屑与 其它 刃切屑互不相连、 互不干涉， 不会被切入刃及顶刃切 屑推挤入空刀间隙。传统理论认为切出刃切屑被切 入刃及顶刃上的切屑推挤入切出侧空刀间隙中造成 齿面挤伤及刀具后面非正常磨损的说法与事实不 符。切屑流向均按各刃法向排出， 切人刃与顶刃上 的切屑连结在一
19、起 ， 互有影响。切人刃切屑较厚较 宽、 排出力大， 而顶刃切屑厚度在出现空刀问隙时既 薄又窄 、 排 出力小。根据切削理论 ， 切屑与前刀 而粘 结摩擦接触长度( L ) 约为切削厚度的 2 倍 ， 顶刃切 屑因与前刀面粘结摩擦接触长度( 佩) 正好处于空 刀间隙边缘， 很容易受切人刃切屑排出力作用被推 挤入空刀间隙中。当顶刃窄且切削厚度较小且顶 切屑滞其法向排 出严 重受阻时 ， 顶刃切屑沿法 向排 出力小于切人刃切屑排出力 ， 此时顶刃切屑会被切 入刃切屑挤入空刀间隙 ， 反之则不会发生。 在宅刀间隙空间不大( 即切屑厚度分析中 较 小) 时， 被挤入空刀间隙中的顶刃切屑与齿面及刀具 后
20、刀面会发生强烈的挤压摩擦； 反之则不会发生。 这就是齿面挤伤及插齿刀后刀面非正常磨损的真正 原因， 生产实际也验证了这一结论。 3 避免产生齿面挤伤及插齿刀后 刀面 非正常磨损的措施 ( 1 ) 目前新插齿刀的结构参数均采用正变位齿 形 ， 中小模数标准插齿刀的顶刃宽度很窄 ， 很容易产 生齿面挤伤及插齿刀后刀面非正常磨损。可对这样 的新捅齿刀采用负变位齿形设计的措施， 以增加顶 刃有效宽度 ， 避免顶刃切屑被挤入空刀间隙， 从根本 上防止这一现象的发生； ( 2 ) 采用大圆周进给量 可有效避免齿面挤伤 及插齿刀后刀面非正常磨损现象的发生。圆周进给 量的数值视具体情况而定， 以不发生齿面挤伤
21、及后 刀 面非正常磨损为准 ； ( 3 ) 大圆周进给量 会增大表面粗糙度， 表面 质量要求高的齿轮可采用二次插齿法。第一次插削 作为粗加工， 采用大切深、 大圆周进给量； 由式( 1 0 ) 知， 增大圆周进给量 ， 即增大了顶刃的切屑厚度 h o N 和切屑排出力， 使顶刃切屑被挤入空刀间隙的 可能性大大降低， 既避免了齿面挤伤及插齿刀后刀 面非正常磨损的发生， 又提高了插齿效率。第二次 插削作为精加工， 采用较小圆周进给量， 产生的切屑 全是“ I ” 型， 不存在齿面挤伤及插齿刀后刀面非正常 磨损发生的条件， 可增加齿面的切齿数、 渐少齿面刀 痕的棱面高度， 从而减小齿面表面粗糙度， 提高齿面 精度 参考文献 1 码提尤申 插齿法机械工业出版社， 1 9 5 7 2 许祖德译插齿时切屑的形成与插齿刀的磨损 工具技 术 ， 1 9 7 8 ( 2 ) 3 温松明插齿齿面挤伤原因的探讨 机械工艺师， 1 9 8 4 ( 1 2 ) 4 张彦博， 周汝忠 插齿切削层的研究制造技术与机床， 2 0 0 0 ( 2 ) 作者： 王敏之， 副教授， 湖南工程学院机械电子工程系， 4 l 1 1 0 1湖南省湘潭市 维普资讯 http:/