CN102049571A - 一种滚刀及其成型方法 - Google Patents

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Abstract

一种滚刀及其成型方法，采用粉末冶金高速钢作为刀具材料，通过整体涂层的加工方法，精加工后涂层TiAlN，制成高硬度、高耐磨性的大型齿轮加工滚刀，其改善了切削性能和硬度强度，提高滚刀耐用度两倍以上，并且能够满足对大型齿轮一次滚切完成的加工要求，有效能提高了齿轮的加工精度。

Description

一种滚刀及其成型方法
技术领域
本发明涉及一种加工刀具及其制作方法，具体的说是一种整体涂层齿轮滚刀及其成型方法。
背景技术
目前，一般大模数齿轮滚刀的制作是采用高速钢材料作为切削材料，以镶片形式做成镶片式齿轮滚刀。镶片形式做成的镶片式齿轮滚刀结构不够合理，刀具强度低，设计的齿数比较少，不利于提高切削效率，齿面粗糙度也比较大，其切削性能和耐用度均比较低；而且普通镶片高速钢滚刀只能加工热处理硬度小于HB300以下的材料，并且易磨损，不能够满足对大型齿轮一次滚切完成的加工要求，齿轮的加工精度就无法保证。
发明内容
本发明目的是为解决大型齿轮、较高硬度齿面齿轮的滚齿精加工难题，提高齿轮的加工精度，从而提供了一种整体涂层的滚刀及其成型方法，其改善了切削性能和硬度强度，提高滚刀耐用度两倍以上，并且能够满足对大型齿轮一次滚切完成的加工要求，有效提高了齿轮的加工精度。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种滚刀，由外圆、刀齿和内孔构成，滚刀长度≥380㎜，外圆采用粉末冶金高速钢锻造成型，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为3-6μm，外圆直径≥300㎜，内孔上设有键槽，齿面的粗糙度Ra≤0.8μm，刀齿高度≥50㎜。
一种滚刀的成型方法，采用粉末冶金高速钢作为刀具材料，通过整体涂层的加工方法，精加工后涂层TiAlN，制成高硬度、高耐磨性的大型齿轮加工滚刀，方法步骤如下：
步骤一、采用粉末冶金高速钢锻件作为坯料，先将坯料表面进行加工清理，超声波探伤，得到合格坯料备用；
步骤二、采用步骤一制得的坯料加工滚刀内孔留精磨量0.5-2mm，加工键槽、滚刀齿形，齿厚留余量1.5-3 mm；加工滚刀齿槽、齿背和齿底后角；
步骤三、将步骤二加工后的坯料各棱边、尖角进行修整处理；
步骤四、将步骤三修整后得到的坯料采用淬火工艺加工，淬火温度：1050-1230℃，时间：5-20min，油冷至300℃以下再采用回火工艺加工，回火温度：540— 570℃，保温时间：2-4h，回火次数：1-5次，回火结束后空气冷却至室温；
步骤五、将步骤四得到的坯料进行精加工，精磨滚刀内孔、滚刀轴台外圆、滚刀前刃面和滚刀齿形，然后再对滚刀各部表面进行抛光处理，得到精加工滚刀，备用；
步骤六、将精加工滚刀放入涂层炉对滚刀进行TIA1N涂层，滚刀成型。
本发明中所述粉末冶金高速钢的型号为S390；所述的淬火温度为奥氏体化温度。
所述的超声波探伤所采用的设备为脉冲反射式超声波探伤仪；
所述的涂层炉为市售刀具加工用的涂层炉，所述的TIA1N为市售涂层材料。
有益效果是：本发明采用了整体涂层滚刀的设计加工方法，突破了常规的滚刀加工工艺，制得的滚刀与镶片形式做成镶片式齿轮滚刀相比，整体涂层粉末冶金高速钢滚刀较镶片齿轮滚刀的结构更紧凑，刀具强度更高，能够设计成较多齿数，提高了切削效率，降低了齿面粗糙度，滚刀经涂层后其切削性能和耐用度均优于镶片高速钢刀具，提高滚刀耐用度两倍以上，而且能够切削热处理硬度HB320更高以上的材料，并且能够满足对大型齿轮一次滚切完成的加工要求，保证了齿轮的加工精度。本方法具有操作精确，加工效率高，产品成型率高，提高了材料的使用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的右视示意图；
图中标记是：1、外圆，2、刀齿，3、内孔，4、键槽，5、齿底，6、齿背，7、刀齿前刃面，8、齿顶，9、齿底后角，10、齿槽，11、切削刃，12、滚刀轴台外圆。
具体实施方式
如图1，所示呈圆柱状的滚刀体两端设有滚刀轴台外圆12，在两端滚刀轴台外圆12之间的滚动体上设有四个相等的滚刀模，相邻滚刀模之间设有齿底5，齿底5与齿顶8形状一致，图2所示滚刀模的外圆1上均等设有十个刀齿2，相邻刀齿2之间设有齿槽10，刀齿2的左侧为齿背6，右侧为切削刃11，切削刃11下端与齿槽10相交处为齿底后角9，在内孔3上设有键槽4。
实施例一
一种滚刀，由外圆、刀齿和内孔构成，滚刀长度为380㎜，外圆采用粉末冶金高速钢锻造成型，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为4.5μm，外圆直径为300㎜，齿面表面的粗糙度Ra为0.8μm，刀齿高度50㎜。
一种滚刀的成型方法，方法步骤如下：
步骤一、采用S390粉末冶金高速钢锻件作为滚刀坯料，坯料的长度为380㎜，直径为300㎜，先用车床将滚刀坯料外圆表面进行加工磨光，然后采用脉冲反射式超声波探伤仪对滚刀坯料内孔、外圆进行超声波探伤达到Q/LK905-93 2级标准得到合格滚刀坯料，备用；
步骤二、采用步骤一制得的滚刀坯料采用线切割机加工滚刀内孔，直径留余量4mm；再用车床加工滚刀外圆、端面和内孔，内孔留余量1mm，两端台肩留余量0.6mm；然后用线切割机加工做好键槽，车床加工滚刀齿形，齿厚留余量2 mm；线切割机加工齿槽，数控镗加工滚刀齿顶、齿背和齿底后角，用铲齿磨床加工齿形留精磨量1.5mm，备用；
步骤三、将步骤二加工后的滚刀坯料的各棱边、尖角进行修圆处理，圆弧表面圆滑过渡，达到工艺要求，备用；
步骤四、将步骤三修整后得到的坯料采用真空炉进行淬火工艺加工，从常温加热5小时达到到1190℃，在1190℃保温加热5min，采用油冷法将温度降至300℃再采用井式回火炉进行回火工艺加工，回火温度：560℃，保温时间：3h，回火次数：4次，回火后尽快地冷到室温，待坯料冷至室温进行第二次回火，在第二次回火后到第三次回火之前对坯料进行深冷处理：-120℃处理3h，回火结束后空气冷却至室温，用里式硬度计检查硬度HRC67；
步骤五、将步骤四冷却后得到的滚刀坯料进行精加工，精车磨滚刀内孔、滚刀轴台外圆、滚刀前刃面和滚刀齿形，然后再对各部表面进行抛光处理，精磨后滚刀齿面表面粗糙度达到Ra0.8，刀齿高度50㎜，适当将滚刀非切削刃棱边进行适当的钝化刀齿刃口，利于提高涂层质量，得到精加工滚刀；
步骤六、将精加工滚刀放入涂层炉进行TIA1N涂层，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为4.5μm，可针对滚刀各部尺寸设计涂层3μm，达到预定要求，大模数10齿的滚刀成型。
本实施例热处理中的淬火加热时间的确定：选择加热系数时，结合炉子的升温速度、加热时的装夹方式、装炉量以及预热温度等因素。加热时间按有效截面6-10秒/mm计算，截面大的工件选用的加热系数较小，反之，截面小的工件选用的加热系数较大。特大的工件可以小于6-10秒/mm计算，特小的工件可以采用≥1 2秒/mm计算。在整个加热时间中，保温时间应占1/3-1/2。
试验测得本实施例热处理制得的试棒晶粒度比W6Mo5Cr4vAL试棒晶粒度11级更细。
实施例二
一种滚刀，由外圆、刀齿和内孔构成，外圆采用粉末冶金高速钢锻造成型，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为3μm，滚刀长度为390㎜，外圆直径为310㎜，齿面的粗糙度Ra0.7μm，刀齿高度52㎜。
一种滚刀的成型方法，方法步骤如下：
步骤一、采用S390粉末冶金高速钢锻件作为滚刀坯料，坯料的长度为390㎜，直径为310㎜，先用车床将滚刀坯料外圆表面进行加工磨光，然后采用脉冲反射式超声波探伤仪对滚刀坯料内孔、外圆进行超声波探伤达到Q/LK905-93 2级标准得到合格滚刀坯料，备用；
步骤二、采用步骤一制得的滚刀坯料采用线切割机加工滚刀内孔，直径留余量5mm；再用车床加工滚刀外圆、端面和内孔，内孔留余量2mm，两端台肩留余量0.8mm；然后用线切割机加工做好键槽，车床加工滚刀齿形，齿厚留余量3 mm；线切割机加工齿槽，数控镗加工滚刀齿顶、齿背和齿底后角，用铲齿磨床加工齿形留精磨量2mm，备用；
步骤三、将步骤二加工后的滚刀坯料的各棱边、尖角进行修圆处理，圆弧表面圆滑过渡，达到工艺要求，备用；
步骤四、将步骤三修整后得到的坯料采用真空炉淬火进行热处理，淬火温度：1050℃，保温时间20min，油冷至200℃再采用回火工艺加工，回火温度：540℃，保温时间：2h，回火次数：5次，回火后尽快地冷到室温，待坯料冷至室温进行第二次回火，在第三次回火后到第四次回火之前对坯料进行深冷处理：-140℃处理90min，回火结束后空冷至室温，硬度HRC63；
步骤五、将步骤四冷却后得到的滚刀坯料进行精加工，精车磨滚刀内孔、滚刀轴台外圆、滚刀前刃面和滚刀齿形，然后再对各部表面进行抛光处理，精磨后滚刀齿面表面粗糙度达到Ra0.7，刀齿高度52㎜，适当将滚非切削刃棱边进行倒钝处理，得到精加工滚刀；
步骤六、将精加工滚刀放入涂层炉进行TIA1N涂层，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为3μm，大模数10齿的滚刀成型。
实施例三
一种滚刀，由外圆、刀齿和内孔构成，外圆采用粉末冶金高速钢锻造成型，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为3μm，滚刀长度为400㎜，外圆直径为3200㎜，齿面的粗糙度Ra0.6μm，刀齿高度53㎜。
步骤一、采用S390粉末冶金高速钢锻件作为滚刀坯料，坯料的长度为400㎜，直径为320㎜，先用车床将滚刀坯料外圆表面进行加工磨光，然后采用脉冲反射式超声波探伤仪对滚刀坯料内孔、外圆进行超声波探伤达到Q/LK905-93 2级标准得到合格滚刀坯料，备用；
步骤二、采用步骤一制得的滚刀坯料采用线切割机加工滚刀内孔，直径留余量6mm；再用车床加工滚刀外圆、端面和内孔，内孔留余量0.5mm，两端台肩留余量0.9mm；然后用线切割机加工做好键槽，车床加工滚刀齿形，齿厚留余量1.5 mm；线切割机加工齿槽，数控镗加工滚刀齿顶、齿背和齿底后角，用铲齿磨床加工齿形留精磨量2.5mm，备用；
步骤三、将步骤二加工后的滚刀坯料的各棱边、尖角进行修圆处理，圆弧表面圆滑过渡，达到工艺要求，备用；
步骤四、将步骤三修整后得到的坯料采用真空炉淬火进行热处理，淬火温度：1230℃，保温时间20min，油冷至65℃再采用回火工艺加工，回火温度：570℃，保温时间：3h，回火次数：3次，回火后尽快地冷到室温，待坯料冷至室温进行下次回火，在第二次回火后到第三次回火之前对坯料进行深冷处理：-80℃处理2h，回火结束后空冷至室温，硬度HRC63；
步骤五、将步骤四冷却后得到的滚刀坯料进行精加工，精车磨滚刀内孔、滚刀轴台外圆、滚刀前刃面和滚刀齿形，然后再对各部表面进行抛光处理，精磨后滚刀齿面表面粗糙度达到Ra0.6，刀齿高度53㎜，适当将滚非切削刃棱边进行倒钝处理，得到精加工滚刀；
步骤六、将精加工滚刀放入涂层炉进行TIA1N涂层，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为6μm，大模数10齿的滚刀成型。
实施例四
一种滚刀，由外圆、刀齿和内孔构成，滚刀长度为385㎜，外圆采用粉末冶金高速钢锻造成型，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为3μm，外圆直径为305㎜，齿面的粗糙度Ra0.7μm，刀齿高度52㎜。
一种滚刀的成型方法，方法步骤如下：
步骤一、采用S390粉末冶金高速钢锻件作为滚刀坯料，坯料的长度为385㎜，直径为305㎜，先用车床将滚刀坯料外圆表面进行加工磨光，然后采用脉冲反射式超声波探伤仪对滚刀坯料内孔、外圆进行超声波探伤达到Q/LK905-93 2级标准得到合格滚刀坯料，备用；
步骤二、采用步骤一制得的滚刀坯料采用线切割机加工滚刀内孔，直径留余量4mm；再用车床加工滚刀外圆、端面和内孔，内孔留余量2mm，两端台肩留余量0.8mm；然后用线切割机加工做好键槽，车床加工滚刀齿形，齿厚留余量3 mm；线切割机加工齿槽，数控镗加工滚刀齿顶、齿背和齿底后角，用铲齿磨床加工齿形留精磨量2mm，备用；
步骤三、将步骤二加工后的滚刀坯料的各棱边、尖角进行修圆处理，圆弧表面圆滑过渡，达到工艺要求，备用；
步骤四、将步骤三修整后得到的坯料采用真空炉淬火进行热处理，淬火温度：860℃，保温时间20min，油冷至150℃再采用回火工艺加工，回火温度：550℃，保温时间：4h，回火次数：1次，回火结束后空气冷却至室温，硬度HRC63；
步骤五、将步骤四冷却后得到的滚刀坯料进行精加工，精车磨滚刀内孔、滚刀轴台外圆、滚刀前刃面和滚刀齿形，然后再对各部表面进行抛光处理，精磨后滚刀齿面表面粗糙度达到Ra0.7，刀齿高度52㎜，适当将滚非切削刃棱边进行倒钝处理，得到精加工滚刀；
步骤六、将精加工滚刀放入涂层炉进行TIA1N涂层，外圆和刀齿上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为3μm，大模数10齿的滚刀成型。

Claims (2)

1.一种滚刀，由外圆（1）、刀齿（2）和内孔（3）构成，其特征在于：滚刀长度≥380㎜，外圆（1）采用粉末冶金高速钢锻造成型，外圆（1）和刀齿（2）上设有一层TiAlN涂层，涂层厚度为3-6μm，外圆（1）直径≥300㎜，内孔（3）上设有键槽（4），齿面的粗糙度Ra≤0.8μm，刀齿（2）高度≥50㎜。
2.根据权利要求1所述的一种滚刀的成型方法，其特征在于：采用粉末冶金高速钢作为刀具材料，通过整体涂层的加工方法，精加工后涂层TiAlN，制成高硬度、高耐磨性的大型齿轮加工滚刀，方法步骤如下：
步骤一、采用粉末冶金高速钢锻件作为坯料，先将坯料表面进行加工清理，超声波探伤，得到合格坯料备用；
步骤二、采用步骤一制得的坯料加工滚刀内孔留精磨量0.5-2mm，加工键槽、滚刀齿形，齿厚留余量1.5-3 mm；加工滚刀齿槽、齿背和齿底后角；
步骤三、将步骤二加工后的坯料各棱边、尖角进行修整处理；
步骤四、将步骤三修整后得到的坯料采用淬火工艺加工，淬火温度：1050-1230℃，时间：5-20min，油冷至300℃以下再采用回火工艺加工，回火温度：540— 570℃，保温时间：2-4h，回火次数：1-5次，回火结束后空气冷却至室温；
步骤五、将步骤四得到的坯料进行精加工，精磨滚刀内孔、滚刀轴台外圆、滚刀前刃面和滚刀齿形，然后再对滚刀各部表面进行抛光处理，得到精加工滚刀，备用；
步骤六、将精加工滚刀放入涂层炉对滚刀进行TIA1N涂层，滚刀成型；
所述粉末冶金高速钢的型号为S390。
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