競爭激烈的全球市場要求齒輪制造廠家提高生產(chǎn)率同時降低生產(chǎn)成本。這一點意味滾刀要實現(xiàn)更高的滾齒速度和進給速度。這需要借助于優(yōu)質(zhì)材料,高性能涂層。由于優(yōu)質(zhì)刀具通常意味著高昂的價格,有些機加工廠在不分析生產(chǎn)過程的各個方面以確定真正重要的因素——生產(chǎn)每個零件所花費的總成本——的情形下就拒絕采用高性能滾刀。
為實現(xiàn)更高齒輪加工生產(chǎn)率的要求已經(jīng)導致刀具設計者開發(fā)高性能、多螺紋、柄式滾刀。柄式滾刀用整體刀具鋼棒料制造。通常直徑較小,一般長于孔式滾刀。當安裝在滾齒機上時,由軸頸在兩端固定,而不像孔式滾刀那樣安裝在一根心軸上。
整體柄式刀具常用于加工蝸輪,其要求滾刀直徑接近蝸輪直徑。優(yōu)化的柄式滾刀最適合大批量高產(chǎn)量應用場合。大直徑、大模數(shù)齒輪,諸如用于卡車變速箱或礦山機械等,通常采用孔式滾刀生產(chǎn)。
格里森(Gleason)的Genesis柄式滾刃帶有一個D形驅(qū)動——接觸傳遞扭矩的滾刀鍵整個表面。
一般地,大部分機床的平面驅(qū)動機構會在扭矩作用下導致接口稍微對偏,引起高應力線接觸。
降低柄式和孔式滾刀切削時間的因素包括提高進給速度和滾刀速度及滾刀上螺紋的數(shù)量。在刀具設計者試圖優(yōu)化性能時,他們尋求直徑較小的刀具,因為小直徑在給定表面速度(英尺/分鐘)下可以實現(xiàn)更高的刀具轉(zhuǎn)速。由于柄式滾刀直徑較小,且沒有孔,在直徑類似的情況下,它們的長度要比孔式滾刀的長。這就形成了更大的輪換切削區(qū)域,并在每道切削過程中,在滾刀上可以切削更多的工件。滾刀沿其軸線輪換使尖銳的滾齒進入切削區(qū)。
格里森公司的工程經(jīng)理Glenn Schlarb說:“柄式滾刀之所以生產(chǎn)率高是因為在每道切削中沿滾刀有更多的輪換位置,由于滾刀材料和刀具涂層耐磨性的提高使切削次數(shù)增多,因此可以加工更多零件。
滾齒過程可以在用或不用冷卻液的情況下進行。但是,許多用戶更偏向于進行干滾,因為可以避免環(huán)保問題并消除與冷卻液有關的清理成本。干切要求采用其有優(yōu)質(zhì)涂層的滾刀,具有較高的溫度穩(wěn)定性及較低的導熱性,以保護在干式,高速滾齒條件下的切削刃。
由于柄式滾刀為整體式,并且在安裝到機床中時采用的部件更少,與孔式滾刀組件相比,它們的剛性更高。滾刀安裝在用于磨刀、安裝和檢測的頂尖之間,因此可以被檢測到。與孔式滾刀相比,柄式滾刀消除了孔和心軸間跳動公差的累積,以及因墊片和安裝螺母而引起的振顫誤差。
柄式滾刀的長度形欲一個巨大的可輪換切削區(qū)域,每把滾刀可以切削大量零件
優(yōu)質(zhì)柄式滾刀鋼且有較高的耐磨性,在切削時無論在室淋還是高溫下均具有較高的硬度。盡管優(yōu)質(zhì)鋼和涂層比低性能材料成本更高,但是用直徑較小的柄式滾刀產(chǎn)生的較高切削速度卻可以保證每個零件更快的循環(huán)時間和更低的加工成本。對于適用場合,這種單件加工成本方面的獲益一般要超出單件刀具成本的增加量。這樣就節(jié)省了單件的總成本。
涂層是關鍵
在滾刀上采用合適的涂層可以提高生產(chǎn)率和降低加工成本。依據(jù)不同的應用場合,采用合適的涂層,刀具壽命可能翻番,這樣可以節(jié)省刀具成本,減少換刀次數(shù),縮短機床停機時間。
Oerlikon Balzers涂層公司的技術主管Dennis Quinto博士說,切削刃修整對涂層性能具有深遠的影響,并且通常是刀具性能一個不可控制的方面。
尖銳的切削刃產(chǎn)生的切削力低,發(fā)熱量小,但是卻提高了涂層劈裂的危險,只能在進給較低的情況下使用。珩磨后具有較厚涂層的切削刃,可以很好地防止劈裂,但是卻會產(chǎn)生較高的切削力。經(jīng)過倒角和珩磨的切削刃對于防止劈裂是最可靠的,并適合脆性刀具材料,諸如硬質(zhì)合金及高進給速度場合。
由于滾齒加工中切削速度和切深隨工件抗拉強度增加而下降,因此適當選擇涂層可以實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)速。在某些情況下可以實現(xiàn)更高的進給速度。幾乎所有滾刀都是通過一種用物理氣相沉積(PVD)工藝涂敷的涂層保護的。標準的鈦氮(TiN)涂層在低速帶潤滑的情況下有效。鈦碳氮(TiCN)涂層提高了硬度和耐磨性,適用研磨性材料。鈦鋁氮(TiAlN)涂層是用于干式加工的,因為它們具有高強度及耐熱性。最近為干式加工開發(fā)的一種涂層為鋁鉻氮(AlCrN),耐磨性、耐熱和耐氧化性能甚至更高。
新的中西部滾刀貨源
LMT-Fette Inc.已經(jīng)在伊利諾斯Liberty ville市開設了一個滾刀制造和服務廠。該廠的第一階段是生產(chǎn)磨制滾刀,直徑節(jié)距為8~30。還提供9英寸直徑滾刀的重磨和輪廓重加工服務。
Fette提供成套、全系列節(jié)距尺寸、優(yōu)質(zhì)粉末金屬材料、整體硬質(zhì)合金和可分度滾齒刀具。包括采用優(yōu)質(zhì)切削材質(zhì)的小節(jié)距滾刀、深/淺齒形的重負荷粗加工(拉齒)滾刀——帶交替齒以提離刀具壽命和進給速度。這些特征是設計用于降低刀刃鍛伸的。Fette還提供膨脹卡盤,可以將柄式刀具用可換心軸裝到機床上。另外,F(xiàn)ette的切削刀具可以在單次裝夾的情況下在滾齒機上實現(xiàn)倒角和去毛刺加工。Fette最近新推出了無扭絞滾刀及內(nèi)冷式滾刀.