齿轮，被公认为是工业化的一种标志，齿轮制作水平直接影响到机械产品的功能和质量。本文从齿轮制作在工业中重要意义动身，着重介绍了齿轮加工工艺、光滑技能的蕞新开展情况，以及齿轮加工用光滑介质的技能要求和挑选办法。1导言众所周知，齿轮传动是近代机器中***常见的一种机械传动，是机械产品的重要根底零部件。它与其他机械传动方式（链传动、带传动、液压传动等）传动相比，具有功率范围大、传动功率高、传动经确、运用寿数长等特色。因而，它已成为许多机械产品不行缺少的传动部件，也是机器中所占比重蕞大的传动方式。齿轮的设计与制作水平将直接影响到机械产品的功能和质量，例如，在现代蓬勃的轿车工业中，一般每辆轿车中有18~30个齿部，齿轮的质量直接影响轿车的噪声、平稳性及运用寿数。齿轮的加工技能和设备一般极大的影响了工业范畴中所能达到的蕞高制作水平，现代工业兴旺的******如美国、德国和日本等也是齿轮加工技能和设备的制作强国。因而，齿轮在工业开展中的位置一向比较突出，被公认为是工业化的一种标志。从这个视点来看，重视齿轮的***加工技能和开展趋势具有极其重要意义。2齿轮加工技能的新开展一般来说，齿轮制作工艺进程包含资料制备、齿坯加工、切齿、齿面热处理和齿面精加工等五个阶段。齿形加工和热处理后的精加工是齿轮制作的要害，也反映了齿轮制作的水平。而齿轮制作工艺的开展，很大程度上表现在精度等级与出产功率的前进两方面。现在世界各国主要从齿轮加工工艺和加工设备的开展两个方面来不断地前进齿轮的制作水平。2.1硬齿面滚齿技能在传统办法中，齿轮的硬齿面的加工需求经过齿面的磨削加工，由于磨齿加工功率太低，加工成本过高，尤其对一些大直径，大模数的齿轮在加工上难度更大，因而从20世纪80年代起，国内外企业已逐步选用硬齿面刮削作为淬硬齿轮(40～65HRC)的半精、精加工办法。硬齿面滚齿技能也称刮削齿加工，这种工艺，是选用一种特别的硬质合金滚刀，对渗碳淬火后齿面硬度为HRC58-62的齿轮齿面进行刮削，刮削精度可达到7级。这种办法可加工任意螺旋角、模数1～40mm的齿轮。普通精度(6～7级)硬齿面齿轮，一般选用“滚—热处理—刮削”工艺，粗、精加工在同一台滚齿机上即可完成；齿面粗糙度要求较高的齿轮，可在刮削后安排珩齿加工；对于高精度齿轮，则选用“滚—热处理—刮削—磨”工艺，用刮削作半精加工工序代替粗磨，切除齿轮的热处理变形，留下小而均匀的余量进行精磨，能够节约1/2～5/6的磨削工时，经济效益十分显着。对于大模数、大直径、大宽度的淬硬齿轮，因无相应的大型磨齿机，一般只能选用刮削加工。硬齿面刮削蕞大的特色是出产功率要比磨齿高5-6倍，除此以外，可对热处理渗碳淬火齿轮过大的变形量进行磨齿前的修刮，不仅消除了齿轮的变形量，确保了齿轮在磨齿加工中的平稳，并且前进了磨削功率，保护了磨齿设备的精度。选用硬齿面滚齿技能进行齿轮加工时，温度操控极为重要，由于过高的温度会使刀具磨损加快且易崩刀；因而需求经过金属加工液来冷却，一起冲走刀具和工件上的切削，前进刀具寿数和工件外表加工粗糙度。一般选用专用的油基切削液作为冷却光滑介质，如KR-C20，经过对粘度的适当操控和选用优异环保的极压抗磨剂来满意工艺中冷却、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无光滑切削加工，是金属切削加工的开展趋势之一。该技能在上世纪80年代即开始研究，但一向受到机床、刀具资料的限制而开展缓慢，近十几年来跟着机床设计技能、硬质合金刀具和外表涂层技能、新式套瓷刀具、工艺理论研究的开展，干式切削在大幅度提升出产功率、显着改进外表质量的一起，也使出产成本有所下降。高速干式切削是在无冷却、光滑油剂的效果下，选用很高的切削速度进行切削加工。高速干式切削有必要选用适当的切削条件。首先，选用很高的切削速度，尽量缩段刀具与工件间的接触时刻，再用紧缩空气或其他类似的办法移去切屑，以操控工作区域的温度。实践证明，当切削参数设置正确时，切削发生的热量80%可被切屑带走。高速干式切削法不仅使机床结构紧凑，并且极大地改进了加工环境和下降了加工费用。在齿轮加工中，为进一步延伸刀具寿数、前进工件质量，可在齿轮干式切削进程中，每小时运用10～1000ml光滑油进行微量光滑。这种办法发生的切屑能够认为是干切屑，工件的精度、外表质量和内应力不受微量光滑油的幅面影响，还能够用自动操控设备进行进程监测。据资料显示，美国、日本、德国等兴旺***选用干式切削的总成本是传统切削工艺的70%左右。据美国企业的统计，在会集冷却加工体系中，切削液占总成本的14%～16%，而刀具成本只占2%～4%。据测算，假如20%的切削加工选用干式加工，总的制作成本可下降1.6%。干切技能的优势还表现在零件外表质量的前进和几许精度的改进。国外资料表明，干切工艺的工件外表粗糙度值能够下降40%左右，除此之外，干式切削对于资源和环境的重要意义也是显而易见的。德国在高速干式切削范畴中处于令先位置，现有8％左右的企业选用干式切削，这预示着高速干式滚齿技能将是未来齿轮加工开展的一个方向。能够预见，国内涵滚齿、插齿、成型磨等加工范畴选用干式切削技能将***潜力，跟着齿轮机床、齿轮资料、齿轮刀具、加工工艺的前进，代替传统工艺只是时刻问题。2.3齿轮的无屑加工与滚齿、插齿、剃齿和磨齿等传统的齿轮齿形成形方式不同，齿轮的无屑加工办法是运用金属的塑性变形或粉末烧结使齿轮的齿形部分终究成形或前进齿面质量的。该办法能够分为工件在常温下进行加工的冷态成形和把工件加热到1000℃左右进行加工的热态成形两类。前者包含冷轧、冷锻等；后者包含热轧、精细模锻、粉末冶金等。无屑加工齿轮能够使资料运用率从切削加工的40～50％前进到80～95％以上，出产率也可成倍增长。但因受模具强度的限制，现在一般只能加工模数较小的齿轮或其他带齿零件，一起对精度要求较高的齿轮，在用无屑加工成形后仍需求运用切削加工***终精整齿形。无屑加工齿轮需求选用专用的工艺配备，初始***较大，只要在出产批量较大时(一般达万件以上)才干显着下降出产成本。刀具经过砂轮刃磨后，刃口会存在不同程度的微观缺陷，在切削过程中，刀具刃口微观缺口极易扩展，加快刀具的磨损和损坏。刃口钝化是延常刀具寿命的金属切削配套技术，能有效减少或消除刃磨后的刀具刃口微观缺陷，以达到圆滑平整，提高刀具抗冲击性能，使刀具刃口锋利坚固。刃口钝化方式可分为传统刃口钝化和特种刃口钝化。传统刃口钝化方式主要包括磨削钝化、毛刷钝化、拖曳钝化和喷砂钝化等；特种刃口钝化方式主要包括激光钝化、电火花电蚀钝化、电化学钝化和磨料水射流钝化等。喷砂是以压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需要处理的工件表面，实现对工件表面的加工。由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，工件的表面性能和形状会发生改变。而微喷砂技术是以传统喷砂技术为基础，采用微米级尺寸的磨料颗粒来进行待加工表面处理的技术，广泛应用于材料的表面处理，包括表面清洁、表面钝化和表面形貌处理。微喷砂处理的材料去除机理，包括裂纹扩展导致的脆性去除和磨料微切削产生的塑性去除。微喷砂技术在刀具领域主要应用在表面处理方面，如涂层刀具。通过对刀具基体表面进行相应的微喷砂处理，来改变基体的表面形貌，以增加涂层与刀具基体之间的粘结力，提高刀具的切削寿命。研究表明，对刀具的涂层表面进行微喷砂处理可以增加涂层硬度，提高刀具切削寿命。微喷砂技术在刀具刃口钝化领域没有得到广泛应用，理论研究还不充分。本文通过微喷砂技术对硬质合金刀片YT15进行刃口钝化，研究微喷砂工艺参数对刃口半径的影响以及微喷砂处理对刃口质量的影响，并分析微喷砂处理的材料去除机理。1试验步骤试验以喷砂压力P、磨料比重W和喷砂时间T为因素，其中磨料比重W为磨料占水和磨料总质量的比重。每个因素设4个水平，进行64组全因素刃口钝化试验，因素水平见表1。表1微喷砂全因素试验因素水平采用湿式手动喷砂机，喷砂角度45°，喷砂距离8mm。磨料为320目白刚玉，微喷砂加工如图1所示。选用可转位硬质合金刀片YT15，其尺寸标准为SNMN120404，相应的材料性能见表2。通过激光共聚焦显微镜(L***，KeyenceVK-X200K)对微喷砂处理后的刀片刃口进行观测，试验观测指标为刀片刃口半径r和刃口线粗糙度Ra，***终结果为三次测量后的平均值。同时对其刃口形貌进行扫描电子显微镜镜(SEM)观察，分析刃口材料去除机理。图1硬质合金刀具YT15微喷砂加工示意图表2硬质合金刀具YT15物理力学性能2试验结果与分析(1)微喷砂工艺参数对刃口半径的影响图2为硬质合金刀具YT15刃口半径随微喷砂各工艺参数的变化趋势。图2a、图2b、图2c和图2d分别是在喷砂时间为20s、30s、40s和50s时刃口半径随喷砂压力的变化图。对比发现，在相同的喷砂压力和磨料比重下，随喷砂时间的增加，刀具刃口半径增大，这实质上是材料去除随着时间累积的结果。在相同的喷砂时间和磨料比重下，随喷砂压力的增加，刀具刃口半径增大。这是因为随着喷砂压强的增加，磨料流的出口速度增加，单颗粒磨料速度也相应增加。硬质合金可看作是硬脆材料，根据单颗粒磨料冲蚀模型可知，单颗粒磨料的材料去除量与磨料颗粒的速度的指数成正比，使得单颗粒磨料的材料去除量增加。同时磨料流速度的增加，使单位时间内有效冲击刀具刃口的磨料颗粒数量增加，刃口材料的去除量变大。因此，增加喷砂压力相当于既增加磨料比重又增加喷砂时间，两者的共同作用使刃口半径增大。由图2分析磨料比重对刀具刃口半径的影响可知，在喷砂压力为0.2MPa和0.25MPa时，随着磨料比重的增加，刀具的刃口半径先增大而后减小；而在喷砂压力为0.3MPa和0.35MPa时，随着磨料比重的增加，刀具的刃口半径呈现一直增大的趋势。同理，根据单颗粒磨料冲蚀模型分析可知，当喷砂压力较小时，随着磨料比重的增加，虽然单颗粒磨料速度减小，但是单位体积内磨料颗粒的数量增加，造成单位时间内磨料颗粒对刀具刃口的冲击次数增加，所以刃口材料的去除量变大。当磨料比重过大时，根据能量守恒可知，磨料流的速度减小很多，其中磨料颗粒的速度大幅降低，不仅减少了单颗粒磨料材料的去除量，也使单位时间内磨料对刀具刃口的冲击次数减少，进一步减少材料去除量，使得刃口半径随着磨料比重的增加先增大后减小。当喷砂压力较大时，随着磨料比重的增加，在单位时间内增加的磨料对刀具刃口的冲击次数所增加的材料去除量要多于单颗粒磨料速度降低而减少的材料去除量。总的来说，单位时间内材料去除量增加，因此在较大喷砂压力下，刀具的刃口半径随着磨料比重的增加而增加。(a)T=20s(b)T=30s(c)T=40s(d)T=50s图2刃口半径随微喷砂各工艺参数的变化趋势(2)微喷砂处理对刃口线粗糙度的影响图3是硬质合金刀片YT15经过微喷砂刃口钝化处理前后的切削刃形貌。采用微喷砂工艺参数：喷砂压力P=0.2MPa，磨料比重W=0.1，喷砂时间T=30s。通过测量得到切削刃的相关参数见表3。图3未处理刀片与微喷砂刃口钝化刀片的切削刃形貌可以发现，硬质合金刀片YT15的刃口轮廓由原来的r=6μm锐刃变成r=27μm的圆弧刃口。其切削刃形貌得到改善，刃口线粗糙度Ra由原来的0.79μm下降到0.5μm，Ry则由原来的6μm下降到3μm。这是由于微喷砂处理消除了刀具刃磨时产生的微观缺陷，改善了刃口质量。表3未处理刀片与微喷砂刃口钝化刀片刃口参数对比(μm)图4是微喷砂全因素试验时硬质合金刀片YT15的刃口线粗糙度的分布情况。可以得出，硬质合金YT15刀片的刃口线粗糙度为0.3-0.8μm，满足刀片的刃口粗糙度要求。图4硬质合金刀具YT15刃口线粗糙度分布(3)微喷砂刃口材料去除机理研究刀片的微喷砂过程实质上是高速磨料射流冲击材料表面，实现材料的去除。其材料去除机理主要归结为磨料颗粒对材料的去除方式。对于脆性材料，其去除机理往往不只有脆性去除，还包括磨料颗粒的微剪切引起的塑性去除。图5是硬质合金刀具YT15在喷砂压力P=0.25MPa、磨料目数M=320、喷砂时间T=20s和磨料比重W=0.1时的刃口形貌。可以看出，经过微喷砂处理后，刀具出现了圆弧刃口，对其圆弧刃口的区域A进行放大，可以观察刃口材料去除形成的微观形貌。通过区域B可以看出，其硬质合金中硬质相的去除多为由裂纹扩展造成的脆性断裂，这是由于棱角尖锐的磨料颗粒对于硬质相的冲击作用，使之产生径向裂纹和侧向裂纹，由于磨料颗粒的高频率冲击，进而造成侧向裂纹的扩张形成网状裂纹，达到材料的去除。对于C区域的观察，也可以发现刃口材料上存在磨料颗粒的刻划痕迹，这主要是由于具有锋利刃口的白刚玉磨料颗粒对工件材料的微切削作用导致。由于刀具材料中除硬质相成分外，还包括粘结相，其微切削作用相对于粘结相更为明显，粘结相材料先于硬质相去除，使得硬质相成分显露出来。因此微喷砂处理硬质合金刀具YT15的材料去除机理，包括由磨料冲击和水楔作用引起裂纹扩展而导致硬质相材料的脆性去除，还包括磨料颗粒的微切削作用引起的材料塑性去除。图5硬质合金刀具YT15微喷砂刃口形貌SEM图小结微喷砂处理可以对硬质合金刀具YT15刃口进行有效钝化，形成一定圆弧半径的刀具刃口。研究表明，刃口圆弧半径随着微喷砂时间和喷砂压力的增加而增大。对于磨料比重而言，在喷砂压力为0.2MPa和0.25MPa时，随着磨料比重的增加，刀具刃口半径先增大而后减小；在喷砂压力为0.3MPa和0.35MPa时，随着磨料比重的增加，刀具刃口半径呈现一直增大的趋势。微喷砂处理可有效改善硬质合金刀具YT15的刃口质量，消除微观缺陷，降低刃口线粗糙度，在结构上对刀具刃口进行钝化。硬质合金刀具YT15刃口材料的去除机理，包含由裂纹扩展而导致硬质相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。降低本钱！数控刀具的重磨与再涂层技能硬质合金和高速刚刀具的重磨和再涂层是现在常见的工艺。虽然刀具重磨或再涂层的价格仅为新刀具制作本钱的一小部分，但却能延伸刀具寿数。重磨工艺是特别刀具或价格昂贵刀具的典型处理办法。可进行重磨或再涂层的刀具包括钻头、铣刀、滚刀以及成形刀具等。刀具的重磨在钻头或铣刀的重磨过程中，需要磨削切削刃以除掉原涂层，因而所用砂轮有必要具有足够的硬度。重磨对切削刃的预处理是十分要害的，不仅要保证刀具重磨后原始切削刃的几何形状能被完全准确地保留，并且要求重磨对PVD涂层刀具有必要是“安全”的。因而，有必要防止不合理的磨削工艺（例如：高温导致刀具表层受损的粗磨或干磨）。涂层之前，可用化学办法去除原有的悉数涂层。化学去除法常用于复杂刀具（如滚刀、拉刀），或屡次复涂的刀具以及因涂层厚度而发生问题的刀具。化学去除涂层的办法通常仅限于高速刚刀具，由于该办法会危害硬质合金基体：选用化学去除涂层法将从硬质合金基体上滤除钴，导致基体外表疏松、发生气孔以至难以进行再涂层。“化学去除法手选用于高速钢硬涂层的腐蚀去除”巴尔查斯涂层公司的技能主管DennisQuinto先生指出。“由于硬质合金基体中含有与涂层中类似的化学成分，因而化学去除溶剂更简单危害硬质合金基体而不是高速钢基体”。“刀具在涂层去除溶液中逗留的时间是至关重要的”金星涂层公司的副总裁BillLangendorfer先生指出。“把刀具留在溶液中的时间越长，对刀具的腐蚀就越严重。虽然对高速钢而言，腐蚀率要低得多，但当刀具上的原涂层被去除后仍应立即将刀具取出并进行清洗”。此外，还有一些适用于去除PVD涂层的具有专利的化学办法。在这些化学办法中涂层去除溶液与硬质合金基体仅有微小的化学反应，但现在这些办法没有广泛运用。别的，还有其它清洗涂层的办法，如激光加工、研磨喷砂等。化学去除法是***常用的办法，由于它能够提供良好的外表涂层去除一致性。现在典型的再涂层工艺是通过重磨工艺去除刀具原有涂层。再涂层的经济性***常见的刀具涂层有TiN、TiC和TiAlN。其它超硬氮/碳化物的涂层也有运用，但不太遍及。PVD金刚石涂层刀具也能够进行重磨和再涂层。在再涂层过程中，刀具应被“维护”以防止临界外表的损伤。常常有这种状况：用户购买了未涂层的刀具后，在刀具需要重磨时再进行涂层，或在新刀具或重磨后的刀具上进行不同的涂层。BillLangendorfer先生说：“在许多状况下，我们去除刀具上的TiN涂层，从头涂上TiAlN涂层。由于用户期望进步刀具的生产功率，而TiAlN涂层东西比TiN涂层东西切削速度更高、也更耐高温。用户常常期望能够从刀具制作商那里取得功能更好的新的涂层刀具，因而‘刀具制作商可能不得不从头开发一种带有TiAlN涂层的新刀具’。但与从头开发这种新刀具相比，从旧刀具上去除TiN涂层并涂上TiAlN涂层所花的时间要短得多。”再涂层的约束像一把刀具能够屡次重磨一样，刀具的切削刃也能够进行屡次涂层。而“在已经重磨过的刀具外表取得粘着功能良好的涂层是进步刀具功能的要害。”IonBondLLC公司国内出售总监RobBokram先生指出。除切削刃以外，在刀具每次修磨时，刀具外表的其余部分或许并不需要去除涂层或再涂层，这取决于刀具的类型以及加工中所运用的切削参数。滚刀和拉刀是进行再涂层时需去除一切原涂层的刀具，否则刀具功能将会降低。在应力导致的粘附问题变得杰出之前，刀具可进行少数几次再涂层而不需除掉旧涂层。虽然PVD涂层具有有利于金属切削的剩余压应力，但这种压力会随涂层厚度的增加而增大，并且在超越某个固定的限值后涂层将开端出现分层现象。在未去除旧涂层而进行再涂层时，刀具的外径上就增加了一个厚度。关于钻头而言，就意味着所钻的孔径在变大。因而有必要考虑涂层附加的厚度对刀具外径的影响，同时还要考虑这二者对被加工孔径尺度公役的影响。一个钻头可在不去除旧涂层的状况下再涂层5～10次，但在此之后将面对严重的差错问题。Spec东西公司副总裁DennisKlein则认为：在±1μm的差错范围内，涂层厚度不会成为问题；但当差错在0.5～0.1μm范围内时，有必要考虑涂层厚度带来的影响。只需涂层厚度不成为问题，那么再涂层、重磨的刀具完全可能比原来的功能更好。)