齿轮是机械传动装置中的重要组成部分,主要传递力矩,承受弯曲和冲击等载荷。为了确保传动系统的寿命和运转稳定性,齿轮需具有以下几个要求:
(1)具有较高的表面硬度,能够减缓传动过程中的损耗;
(2)对于承受交变载荷和冲击载荷的齿轮,基体需有足够的抗弯曲强度和韧性,高精度的齿面会带来更精准地啮合效果;
(3)需要有良好的工艺性,既要易于机械加工又要具有良好的热处理性能。
水基金属加工液在磨齿机上的应用较少,主要原因是磨齿的加工精度普遍高于其它工序,切削温度高导致零件烧伤、清洗不良造成磨削面划伤等问题频发,金属加工液要求也较严苛,所以金属加工液的选型就尤为重要。
一、磨齿液的选择
磨齿加工概述
磨齿是用砂轮对齿面进行磨削,磨齿可以磨削齿面淬硬的齿轮,消除热处理变形,提高齿轮精度,目前市面上都采用硬齿面齿轮,但硬齿面齿轮的加工难度和车削的局限性决定车齿不适用于加工硬齿面齿轮,所以磨齿成为高精度齿轮的主要加工方法。磨齿加工分为展成法和成型法,展成法所用蜗杆砂轮磨齿精度达DIN3~4级,效率高,适用于中、小模数齿轮磨齿,但砂轮修正较为复杂;成型法所用碟形砂轮和大平面砂轮磨齿精度可达DIN2级,但效率很低。
目前磨齿的主要问题是效率低、成本高,尤其是对于大尺寸齿轮。所以提高磨齿效率,降低费用是当前的主要研究方向。近年来磨齿方面的新技术有:(a)双面磨削法;(b)立方氮化硼砂轮高效磨齿;(c)连续成型磨齿技术和超高速磨削技术。
磨齿液的选型
由于磨削加工速度较快,对金属加工液的冷却和润滑性能要求较高。在磨削加工时必须要降低接触面区域磨料和工件表面间的摩擦,从而降低磨削面上的温度,这需要金属加工液提供良好的润滑性能,并伴随大流量金属加工液的冲洗带走热量来满足磨削的加工精度要求。
在汽车齿轮制造中,由于各种加工方式对金属加工液的要求并不完全相同,选择金属加工液时,首先应考虑该金属加工液必须能够满足加工难度较大的磨削工序时金属加工液的加工要求。其次再考虑兼顾其它加工条件。例如工件材料、砂轮材料、磨削方法、切削参数等。
以上只是简单介绍了本次试验加工方法对金属加工液的选用,而且只考虑到其中比较重要的因素,实际上金属加工液的选择还需要考虑其他相关因素,例如机械加工序半合成切削液产品适用性、加工件的金属材料特性、砂轮材料和类型、设备选型及推荐[3]、综合成本考虑(包括初始费用和维护)、后期环境因素(包括安全环保因素、人员健康因素等)。
二、实验条件与试验方法
试验材料
工件参数
试验机床和检测设备
本次试验选用YYL卧式成型磨床(型号M-36/M0-1206)。该机床为新型高效成型磨削机床。本次试验均在同种型号机床加工。且所有样品齿轮精度数据均在克林贝格(Grar Profile)齿形齿向检测仪中得出。试验所采用的齿轮零件均为同工艺条件下生产的热处理后齿轮零件。
试验数据主要以检测齿形、齿向精度数据为结果导向,齿形齿向的结果来表征半合成金属切削液对于磨削加工时产生的正向作用。建立了相同的实验条件后。保证了成型机床加工的零件在试验批次内在检测仪中数据的真实性和完整性。接下来就是选用合适的金属切削液和砂轮。
介质KR8560和磨削砂轮
三、试验结果
齿形齿向数据统计
本次试验共统计50件零件进行齿形齿向分析。表5,6是在齿轮检测设备取得的数据。
在同一台成型磨床,同种工艺条件下记录,主要关注工件的表面状态,涵盖精度、烧结现象等。由于是在同片砂轮加工中试验,本次砂轮的磨损不计入本次试验数据整理。
齿轮齿面精度统计
根据表5、6的试验数据,下图2记录了在这组数据中齿轮的精度等级均在2-5级范围内,这些试验数据满足加工工况,且所有检测批次样精度误差小于30微米,所以收录的数据多是关于齿向齿向数据的变化。根据变化量来评判齿面精度等级。从图2中我们可以看出KR-C8560在磨齿加工中表现稳定,这也为后期“以液代油”提供了前提条件。
试验结论
(1)KR-C8560在成型磨机床上展现较好的磨削实力,主要体现齿轮磨齿精度达到2-5级别精度要求,也为以液换油提供了重要前提。
(2)KR-C8560注重于通用性和高效性,以确保在对黑色金属材料的适用性,在中低碳钢的磨削时有较稳定的加工性能。
(3)半合成切削液只需要定期的补充原液调整槽液浓度就可以获得相对稳定的加工效果。
在既往的磨削工序加工时,磨削烧伤和清洗不足导致的磨削精度低一直都是加工问题点,在本次试验中,KR-C8560矿物油基金属加工液,具备比较理想的润滑与其他性能,特别适用于润滑和清洗要求苛刻的齿轮磨削加工。
四、结语
通用、高效是金属加工液的重要发展方向。由于金属加工工艺种类复杂,同时各种新型金属材料的广泛应用,造成了金属加工液产品种类繁多,这一方面为加工液的匹配,带来种种不便,形成一定的附加成本;同时在使用过程中,轻者影响加工质量和效率,重者造成刀具损坏,甚至停工停产。未来迎合环保政策,传统制造业中金属加工工序间以液代油会成为主流趋势。
在汽车齿轮制造行业金属加工液的应用会更加广泛,正确地选用会延长槽液的寿命,加工机床的主轴的标准转速不断提升,这一趋势对金属加工液提出了更加苛刻的要求。为了在高速、高效和精密加工条件下满足更加苛刻的加工要求,KR-C8560金属加工液在磨齿加工实践中会得到了初步成效,相信在未来汽车齿轮磨齿加工中会有一定的推广和应用。
参考文献略.