工程師手把手教你高速乾式滾齒加工攻略！
在齒輪加工過程中，如何應用乾式滾齒技術？在工具機、刀具選擇上應注意哪些事項？如何降本增效地生產？一位從事汽車轉向器齒輪加工的工程師把自己多年的經驗分享給大家。
齒輪乾式滾齒的產生和發展
20世紀60年代以來，世界各國一直在為採用硬質合金滾刀以提高滾齒工藝水平而努力。在我國重型機械行業中，對於模數較大的淬硬齒輪(硬度HRC50～52)，進行刮齒精加工，精度可保證達到7～8級，個別情況也可達到6級精度水平，在這方面已有成熟的加工經驗，基本與國外水平相當。進入90年代中期，新型成形磨齒機的出現，使磨齒效率和精度大大提高，從而減輕了對進一步提高刮齒工藝的需求，研究工作的重心也隨之轉移到了針對大批量生產的滾-剃-珩汽車齒輪上來。近年來，為了進一步提高生產效率和降低成本，尤其是隨著環保立法對切削液的使用和廢油處理的限制，齒輪加工研究工作的重心又轉向了不用切削液的乾式齒輪加工，以求取得更好的社會和經濟效益。
日本三菱、美國的格里森和德國利波海爾等公司都在齒輪干切削方面做了大量工作。三菱公司推出了世界上第一台干滾切系統，其切削速度是傳統滾切速度的2倍，達到了200m/min，三菱公司專門設計了塗有專有塗層的MACH7高速鋼滾刀，這種塗層有助於散熱和減小刀具與工件材料之間的摩擦，刀具壽命是一般濕式加工的5倍。這一系統在加工汽車末級傳動齒輪、大型載重齒輪、汽車小齒輪及行星齒輪時效果均很理想，使生產成本降低40%；格林森公司用硬質合金滾刀在Phoenix工具機上用干切削方法加工錐齒輪，滾切速度可達3 000r/min，與傳統的高速鋼刀具相比，降低切削時間50%，而且表面粗糙度顯著降低。能否順利進行干態高速滾齒，不是簡單地將普通滾齒機的轉速提高和關斷切削液系統，而是需要在切削理論上的全面突破和刀具、工具機以及工藝技術的重大改進。
隨著齒輪的傳動速度、承載能力、使用壽命等要求的提高，以及運行噪聲、製造成本降低的需求，業內對齒輪的設計、加工等提出了更高的要求。特別近年來，硬齒面和調質硬度在HB350上下的中硬齒面齒輪的推廣及應用幾乎取代了軟齒面齒輪，這給齒輪的製造帶來了一定的難度，同時對齒輪刀具和齒輪製造裝備提出了更高的要求。
高速切削的優點
1.高效率、低成本。高速乾式滾齒的效率是傳統濕式滾齒的3～4倍，而刀具壽命是一般濕式加工的5倍。在齒輪加工中，使生產成本降低40%。
2.綠色環保。乾式滾齒因為不用切削液，不但節省了資源，降低了製造成本，而且沒有了環境污染，符合綠色製造的發展理念，也符合愛護環境、保護環境的環保要求。沒有切削油對環境的污染。
3.工具機結構緊湊。乾式滾齒省去了油屑分離過程，無冷卻潤滑油箱和油屑分離裝置以及相應的電氣設備，因此工具機結構緊湊，占地面積小。
4.節省了後續處理成本。因為此過程為乾式切削，冷卻用風進行冷卻，工件表面無冷卻液殘留，後續不需要對工件進行清洗等操作，節省清洗機及清洗過程。降低生產成本。
乾式滾齒關鍵技術
乾式切削相對於濕式切削有一個共同的特徵：提高切削速度，儘量縮短刀具與切屑的接觸時間，使切削產生的熱量儘可能多地被切屑和冷卻空氣帶走。因此，乾式滾齒在應用中的關鍵技術均與此相關，具體包括工具機、刀具和工藝參數3個方面。
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工具機的選擇
乾式高速滾齒工藝對滾齒機的要求，除了強度、剛度和抗振性等基本要求外，還應滿足以下條件：提供足夠高的切削速度和切削功率，合理的空氣冷卻方式及冷卻點分配，從而保證工件質量和延長滾刀壽命。
我公司採用的是三菱公司GE15A立式滾齒機，該款機型為全球首台實現完全乾式切削的齒輪加工工具機。GE15A可加工直徑150mm以下的齒輪，無切削液乾式加工對環境污染小其主要特徵；採用超干切滾齒技術，實現高效率高精度切削；標配不鏽鋼機身外罩，加工區域封閉，提供完善的防切屑措施。
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刀具的選擇
干切滾刀對原材料是用硬質合金還是用高速鋼、什麼成份及牌號、用什麼塗層、熱處理硬度值、刃磨後處理要求、能達到的滾齒速度和走刀量，使用後它的磨損特徵是什麼，這些都需要在刀具選擇的時候進行考慮，確保刀具的壽命、更換周期和經濟性等。
經過綜合考慮，我公司選擇三菱公司的專用干切刀具，材料為：MACH 7，該材料為三菱公司為了干切工件專門開發的刀具材料，可以滿足一般的齒輪的干切要求，該材料的熱處理硬度為：HRC65.5～66.5。刀具的精度為：AA級。
刀具塗層的要求：為了提高的刀具的壽命和切削速度，必須對刀具進行塗層。考慮到刀具修磨後還要進行重新塗層，必須對塗層材料進行選擇，需要注意的是，塗層材料不能和刀體材料進行化學反應，具有可退塗性。綜合考慮後我公司選擇BALZERS公司的AlCrN塗層材料，塗層顏色為亮灰色，經過塗層後刀具的表面硬度達到3200HV,最大工作溫度可以到1100℃，切削速度可達到500m/min。工件和刀具的參數此處省略。
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切削參數的選擇
滾齒加工工藝參數的選擇要根據齒輪技術要求、生產批量大小來確定。我公司的齒輪加工為大批量生產，並且生產節拍要求在50s以內，這就要求我們在制定工藝參數時，必須滿足生產節拍，確保每班的產量滿足客戶需求。濕切加工和干切加工的工藝參數對比見下表。
經過上面的加工參數對比，可以發現，在同樣的工件精度下，干切加工效率更高，保證了生產節拍。同時為了保證干切的正常進行，需要對刀具修磨後進行塗層，來提高刀具的壽命。每個工件刀具成本=[刀具購買成本+刀具修磨次數×（修磨成本+刀具塗層成本）]÷(新到加工工件數+刀具修磨後加工工件數×刀具修磨次數)，通過計算，濕切時每個工件刀具成本0.7941元，干切時每個工件刀具成本0.2522元，干切加工大大降低了成本。
總結
從滾齒加工效果和加工過程看出，採用濕式切削可以滿足產品精度要求，但與乾式切削相比，後者優勢非常突出：一是冷卻方式不同，乾式切削可以減少冷卻油的用量，減少對環境的污染，同時也降低冷卻液的成本；二是乾式切削加工完成後，可以將工件直接進行淬火處理，節省了清洗工件表面切削油的過程；三是乾式切削加工效率可以提高30%左右，刀具塗層後使用壽命可以提高7倍，相應地可以減少換刀次數，減少停機時間，提高生產效率；四是乾式滾齒相比式滾齒的綜合生產成本可以降低50%左右。
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