齒輪滾刀加工過程中內(nèi)孔質(zhì)量分析

馬麗心，李　鷺，董世成，宮運啟(. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 輕工學(xué)院，哈爾濱 5008；. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 計算機與信息工程學(xué)院，哈爾濱 5008)

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齒輪滾刀加工過程中內(nèi)孔質(zhì)量分析

馬麗心1，李鷺1，董世成2，宮運啟1(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 輕工學(xué)院，哈爾濱 150028；2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 計算機與信息工程學(xué)院，哈爾濱 150028)

摘要：從齒輪滾刀內(nèi)孔的各加工工序：車孔、磨孔、研孔、熱處理入手，結(jié)合加工過程的實際情況，對各個工序進行分析研究.采用抽樣法找出影響滾刀內(nèi)孔質(zhì)量的典型問題，并針對質(zhì)量檢測中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的內(nèi)孔質(zhì)量問題進行研究，旨在從中發(fā)現(xiàn)造成內(nèi)孔形位誤差、內(nèi)孔裂紋、內(nèi)孔脹大等問題的主要原因.結(jié)合抽樣法對改善前后滾刀內(nèi)孔粗糙度進行工序能力分析，通過對比發(fā)現(xiàn)，采取相應(yīng)措施后的滾刀質(zhì)量有了一定的提高.

關(guān)鍵詞：齒輪滾刀；內(nèi)孔；工序能力分析；質(zhì)量

1齒輪滾刀的內(nèi)孔加工

依據(jù)孔的組織和技術(shù)要求的差別，內(nèi)孔的加工方法分為實體上加工孔和在已有孔上進行加工.實體孔常用鉆孔加工，對于已有的孔進行半精加工和精加工，常用的有擴孔、絞孔及鏜孔.對于齒輪滾刀的內(nèi)孔加工常采用鉆孔和車孔.

齒輪滾刀的內(nèi)孔是滾刀設(shè)計、加工、測量、使用及修磨的基準，在后續(xù)的很多工序都用內(nèi)孔來進行定位和校準，所以內(nèi)孔精度的高低直接影響到齒輪滾刀的精度[1].內(nèi)孔的加工步驟雖然沒有齒形加工那么多，但是內(nèi)孔作為精基準，其精度高低至關(guān)重要.齒輪滾刀內(nèi)孔的加工主要由鉆削、車削和磨削，內(nèi)孔的加工位置如圖1所示.在上述工序的加工過程中，由于刀具始終處于內(nèi)孔中，切削液很難進入切削區(qū)，散熱、冷卻、排屑條件差，毛坯會因摩擦產(chǎn)生大量的熱，會導(dǎo)致內(nèi)孔的脹大，且內(nèi)孔不像外圓加工能夠隨時通過測量來控制加工余量.

圖1　內(nèi)孔的加工位置

2齒輪滾刀的內(nèi)孔加工質(zhì)量問題

2.1齒輪滾刀的內(nèi)孔形位誤差

齒輪滾刀在整個的加工過程中要經(jīng)常拆卸，滾刀內(nèi)孔的加工工序有鉆孔、車孔、熱處理、磨孔、研孔、修孔，以上工序不是連續(xù)加工的，而是貫穿于其他加工步驟其中，在不斷的拆卸中，加之外界因素的影響，滾刀內(nèi)孔就很容易產(chǎn)生形位誤差[2].內(nèi)孔作為各道工序的加工基準，其形位誤差的產(chǎn)生直接影響各相關(guān)工序的精度.

2.2齒輪滾刀的內(nèi)孔裂紋

國內(nèi)很多工具廠所生產(chǎn)的高速鋼齒輪滾刀，經(jīng)常會在內(nèi)孔處產(chǎn)生裂紋，裂紋通常是在熱處理后經(jīng)酸洗、噴砂或磨削最后檢查時發(fā)現(xiàn)的.裂紋出現(xiàn)將影響刀具的使用壽命，并且有內(nèi)孔裂紋的齒輪滾刀會被定為廢品而不能出廠.這樣，不僅浪費原材料和制造費用，還給工廠增加了經(jīng)濟成本[3].

2.3齒輪滾刀的內(nèi)孔脹大

滾刀經(jīng)鹽浴淬火、回火后，其內(nèi)孔由于受熱處理應(yīng)力的作用產(chǎn)生脹大變形.因為滾刀淬火前的內(nèi)部組織為退火組織索氏體，經(jīng)淬火、回火后組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體+合金碳化物+少量殘留奧氏體.通常各種組織的比容是按奧氏體、珠光體、貝氏體、馬氏體的順序依次增大.因此，滾刀經(jīng)熱處理后，其內(nèi)孔總會存在由于組織發(fā)生相變而引起的體積脹大，具體體現(xiàn)在滾刀內(nèi)孔的脹大變形上，如圖2所示.而且這種脹大變形是有規(guī)律的，它隨著滾刀幾何尺寸變化而略有不同[4].

圖2　內(nèi)孔脹大

2.4工序能力分析

以磨前齒輪滾刀內(nèi)孔粗糙度參數(shù)為代表，其內(nèi)孔表面粗糙度為Ra0.32.取100個磨前齒輪滾刀樣本，以內(nèi)孔表面粗糙度為代表進行工序能力分析，表1是內(nèi)孔工序能力指數(shù)測定表(即100個樣本的粗糙度值)，圖3是根據(jù)表1所得出的內(nèi)孔粗糙度的過程能力.

表1　內(nèi)孔加工工序能力指數(shù)測定表

圖3　內(nèi)孔粗糙度的過程能力

從圖3中可以看出Cp=0.74，工序能力指數(shù)Cp<1.0，所以其工序能力不足，要通過改善一些質(zhì)量問題，來提高其工序能力.

3齒輪滾刀的內(nèi)孔加工質(zhì)量改善

3.1降低形位誤差

形位誤差的產(chǎn)生多數(shù)可以總結(jié)為是由于加工機床的精度、滾刀的材料、切削速度、切削液[5]、加工振動[6]等因素造成的.故此在滾刀內(nèi)孔的加工中盡可能選用精度較高的機床(數(shù)控機床更好，例如可以采用進口的高精度的德國DMG加工中心)；針對不同的滾刀材料選擇適當?shù)那邢饔昧?，例如涂層硬質(zhì)合金車刀車削高速鋼滾刀內(nèi)孔時，若滾刀硬度為200～275 HBS，切削深度ap=1、4、8 mm，進給量f=0.18、0.40、0.50 mm/r，切削速度v0=115～160、90～130、69～100 m/min，確保加工的準確；要控制好加工中的溫度，不能使溫度過高，加工的內(nèi)環(huán)境由切削液(冷卻液)來控制，而外環(huán)境加工車間的溫度一般控制在20～25 ℃，避免滾刀在被高速加工中與外界物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；操作人員要對裝夾設(shè)備多加觀察注意，確保滾刀的平穩(wěn)加工.

3.2改善內(nèi)孔裂紋問題

造成齒輪滾刀內(nèi)孔裂紋的原因有很多，滾刀毛坯的碳化物分布不均勻，會導(dǎo)致滾刀的應(yīng)力負荷分布不平衡；毛坯中摻雜非金屬物質(zhì)，這些物質(zhì)熔點偏低，強度低，鍛造過程中殘留下的這些物質(zhì)在加熱后會因較脆而導(dǎo)致滾刀出現(xiàn)裂紋；而內(nèi)孔表層碳化物堆集區(qū)是造成裂紋的主要內(nèi)在因素，所以模數(shù)m6以上滾刀原材料應(yīng)進行鐓拔，以改善內(nèi)孔表層質(zhì)量；在熱處理時應(yīng)保持環(huán)境通風(fēng)干燥，在清洗殘鹽和酸漬時要仔細徹底.

3.3改善內(nèi)孔脹大問題

為防止?jié)L刀內(nèi)孔熱處理脹大超差，應(yīng)嚴格按熱處理工藝要求規(guī)范操作，具體如表2所示；嚴格控制淬火前半成品滾刀內(nèi)孔留量；保證滾刀毛坯內(nèi)部組織碳化物分布均勻，盡量達到碳化物級別≤3級.

表2　熱處理工藝要求

3.4改善內(nèi)孔問題后的工序能力分析

質(zhì)量問題改善后再進行一下工序能力分析.仍然取100個齒輪滾刀樣本，用各個樣本的粗糙度為代表，表3為新樣本組的工序能力指數(shù)測定表，由表3可得出改善后的內(nèi)孔粗糙度的過程能力，如圖4所示.

表3　內(nèi)孔加工工序能力指數(shù)測定表

圖4　內(nèi)孔粗糙度的過程能力

從圖4可以看出Cp=1.01,1.33≥Cp>1，改善后的齒輪滾刀內(nèi)孔生產(chǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)，工序能力適當.帶參考線的控制圖顯示過程平均值落于目標值之下，表明結(jié)果是良好的，質(zhì)量一定程度上有了改善.

4結(jié)語

影響齒輪滾刀內(nèi)孔質(zhì)量的主要問題是熱處理

過程、機床的制造精度以及人為操作等.提高熱處理的環(huán)境狀況、機床精度和操作人員的技能是提高齒輪滾刀內(nèi)孔精度的關(guān)鍵.通過上述適當改善后齒輪滾刀內(nèi)孔的工序能力指數(shù)由Cp=0.74變成了Cp=1.01，工序能力由不足達到了良好.

參考文獻：

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Analysis of inner hole quality in machining process of gear hob

MA Li-xin1, LI Lu1, DONG Shi-cheng2, GONG Yun-qi1

(1. School of Light Industry, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China; 2. School of Computer and Information Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China)

Abstract：Each working procedure was analyzed from every process of the gear hob inner hole: turn hole, grind hole, mill hole, heat treatment to approach combined with the actual situation of the machining process. Using sampling method to find out the typical problem of hob hole quality, and the hole quality problems were studied in quality detection to find the main reason that caused the hole problem, which were shape error, crack at the hole, hole enlargement and so on. Analysis of the process capability of improving the inner hole roughness in the front and back of the hob was performed by the method of sampling.Through the contrast it was found that after taking the corresponding measures hob quality has been improved.

Key words：gear hob; inner hole; analysis of process capability; quality

中圖分類號：TG721

文獻標識碼：A

文章編號：1672-0946(2016)01-0052-04

作者簡介：馬麗心(1960-)，女，教授，研究方向：制造系統(tǒng)工程.

基金項目：哈爾濱市科技局科技創(chuàng)新人才研究專項資金項目(2013RFXXJ076)

收稿日期：2015-08-20.