CN104607725B - 双金属齿轮加工刀具及双金属复合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双金属齿轮加工刀具及双金属复合方法。传统粉末冶金制备方法制成的刀具材料浪费严重，故采用双金属制造齿轮刀具，即刀体使用廉价工具钢而刀齿采用粉末冶金高速钢会大大降低生产成本，但传统焊接方式会造成结构不稳妥，断裂等现象发生。一种双金属齿轮加工刀具，其组成包括：工具钢刀体（2），所述的工具钢刀体外侧具有粉末冶金高速钢齿环（1），所述的工具钢刀体与粉末冶金高速钢齿环通过热等静压连接。本发明应用于双金属齿轮加工刀具及双金属复合方法。

Description

双金属齿轮加工刀具及双金属复合方法

技术领域：

本发明涉及一种双金属齿轮加工刀具及双金属复合方法。

背景技术：

齿轮刀具是指生产加工齿轮专用的刀具，用切削加工方法制造齿轮，可分为成形法和展成法。展成法使用的是齿轮形和齿条形刀具，如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀等，成形法使用成形齿轮刀具，如拉刀、模数盘铣刀等，在传统意义上齿轮刀具材料一般为普通高速钢，随着新材料的发展和加工技术的进步，齿轮加工行业有两大显著变化一是环保干切化，环保干切在齿轮加工方面得到应用，国外主机厂如美国Gleason公司、日本三菱公司等均研发了专用干切滚齿机床，与传统湿切方式相比干切方式不需要冷却液，即环保又降低了滚齿加工成本，干切方式还可以采用更高的切削速度，提高加工效率，环保干切必将成为切齿加工的主要方式，但环保干切对刀具有严格要求：1.刀具有优异的耐高温性能。2.刀具切削之间摩擦系数要尽可能小，并辅以排削良好的刀具结构。3.环保切削刀具还应有比湿式刀具更高强度的抗冲击韧性；二是规格大化，随着加工机床的大型化重大装备对超大齿轮需求增加，在水泥、冶金、起重船舶行业广泛应用的大型圆柱齿轮需要由大型滚齿机配合M40-M50大模数滚刀生产。针对大型内齿轮的加工，专用插齿刀已由以前的模数18发展到目前的模数25。目前环保干切滚刀按材料分为：硬质合金滚刀和粉末冶金高度钢滚刀，但硬质合金滚刀的缺点在于：1.制造成本高昂。2.应用范围窄，整体硬质合金滚刀一般用于模数小于2的齿轮。3.硬质合金可转位滚刀虽可用于模数6-45的齿轮，但加工难度大，制造周期长，而粉末高速钢滚刀模数范围宽，可涵盖所有模数段，这类刀具采用高性能粉末冶金高度钢制造。其加工难度小，物理特点是组织均匀晶粒细小，有良好的红硬性、耐磨性和韧性，同时还具有热处理变形小、锻轧和磨削性良好等优点。其结构特点是小径加长结构，减小进刀出刀时间，并进行串刀，提高了刀具的耐用度和加工效率，采用高性能涂层，切削速度可达150-200m/min。虽然粉末冶金高速钢相对于硬质合金有成本和规格优势，但是其成本还是大大高于普通高速钢，而且齿轮刀具实际参与切削的刀齿体积仅为整个刀体的二分之一左右，传统粉末冶金制备方法制成的刀具材料浪费严重，故采用双金属制造齿轮刀具，即刀体使用廉价工具钢而刀齿采用粉末冶金高速钢会大大降低生产成本，但传统焊接方式会造成结构不稳妥，断裂等现象发生，在CN102922038A中，公开了一种纵切削刀，该刀具结构为复合粉末冶金高速钢刀具，但却采用热处理焊接方式，其工作强度只可用与切割纸质薄板、树脂薄板、金属薄板。

发明内容：

本发明的目的是提供一种双金属齿轮加工刀具及双金属复合方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

双金属齿轮加工刀具，其组成包括：工具钢刀体，所述的工具钢刀体外侧具有粉末冶金高速钢齿环，所述的工具钢刀体与粉末冶金高速钢齿环通过热等静压连接，经过机械加工成型为齿轮刀具。

所述的双金属齿轮加工刀具，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指齿环上加工一组滚齿刀刀齿，所述的滚齿刀模数1至模数50，所述的滚齿刀刀齿之间具有容屑槽，所述的工具钢刀体中心处具有通孔，所述的通孔上具有键槽。

所述的双金属齿轮加工刀具，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指齿环上加工一组插齿刀刀齿，所述的插齿刀模数1至模数25，所述的工具钢刀体中心处具有通孔。

所述的双金属齿轮加工刀具，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指齿环上加工一组剃齿刀刀齿，所述的剃齿刀模数1至模数20，所述的剃齿刀刀齿之间具有容屑槽，所述的工具钢刀体中心处具有通孔，所述的通孔上具有键槽。

所述的双金属齿轮加工刀具，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指所述的工具钢刀体加工为圆柱轴，所述的圆柱轴上具有齿环，所述的齿环上可加工一组拉齿刀刀齿，所述的拉齿刀直径20mm至300mm，所述的拉齿刀刀齿之间具有容屑槽，所述的圆柱轴上有前刀柄和后刀柄。

一种所述的双金属齿轮加工刀具的双金属复合方法，包括对首先对金属包套的选择，选用尽可能薄的金属包套，其次对金属包套进行焊接，焊接包括对钢板的螺旋卷焊或平焊、上下端盖板和抽空管焊接，再次向金属包套内进行填料，填料为工具钢棒或者圆柱形套筒，将采用填装的金属包套内的钢粉震实、密封焊接、抽空、热等静压，使粉末完全致密化，使金属包套内两种材料紧密结合。

所述的双金属齿轮加工刀具的双金属复合方法，所述的对首先对金属包套的选择，选用尽可能薄的金属包套包括：所述的金属包套壁厚应根据热压成形工件的尺寸来确定，在保证气密性和装料后包套不变形，同时有利于封焊的前提下，选用尽可能薄的金属包套，以对压坯的收缩有利；若选择的金属包套尺寸过大，为防止装料后在操作过程中变形，金属包套壁应加厚，金属包套在热等静压前需要经过加热脱气工序，会使金属包套材料的强度相应有所下降，因此需要金属包套壁厚对应加大，金属包套上下端盖的材质和厚度应与金属包套本体相同，端盖应带有冲压成的高度为10-20mm的翻边，其斜度为1°，端盖底部的最小外径应大于包套的内径。

所述的双金属齿轮加工刀具的双金属复合方法，所述的对金属包套进行焊接，焊接包括对钢板的螺旋卷焊或平焊、上下端盖板和抽空管焊接具体要求包括，焊缝不得有小裂缝和孔洞，得到良好的真空性和高压密封性，焊缝要有足够的强度和塑性，在热等静压时不开裂，同时要保证焊透，焊缝深度与壁厚相等，焊接表面无油、无缝、无污垢，为了保证金属包套在真空和压力下的气密性，应在装料抽空和热等静压前对焊缝进行检漏，以便及早发现问题进行补焊。

所述的双金属齿轮加工刀具的双金属复合方法，所述的再次向金属包套内进行填料具体是：(1)先将金属包套中心处放置一根根据需要计算直径的工具钢棒，后将高度钢粉末均匀装到工具钢棒的周围；(2)或先将金属包套中心处放置一根根据需要计算直径的圆柱形套筒，圆柱形套筒内装有工具钢粉末，后将高速钢粉末装填在圆柱形套筒外围，然后抽出套筒，粉末的充填密度高而均匀，并且不出现颗粒和成分的偏析，充填密度高而均匀有利于制品的质量，还会改善粉体的导热性，缩短热等静压的升温时间，当充填密度低于理论密度65％时金属包套会出现褶皱，导致压坯形状发生畸变，所以对充填密度低于理论密度65％的粉末进行冷等静压。

所述的双金属齿轮加工刀具的双金属复合方法，所述的将采用(1)或(2)填装的金属包套内的钢粉震实、密封焊接、抽空、热等静压，使粉末完全致密化，使金属包套内两种材料紧密结合具体是：由此形成双金属齿轮刀具坯料，坯料从外向内分别为金属包套、粉末冶金高速钢、普通工具钢，在热等静压过程完毕后金属包套被车削掉，粉末冶金高速钢用于齿轮刀具的刀齿部分，普通工具钢用于刀体部分，这种齿轮刀具具备粉末冶金高速钢刀具的全部特点，由于刀体为普通工具钢极大降低了生产成本，提高了材料利用率。

本发明的有益效果：

1.本发明工具钢刀体采用热等静压与一组粉末冶金高速钢刀齿连接，两种金属成份通过热等静压结合成为整体，双金属齿轮刀具不但具有整体粉末冶金齿轮刀具的优势而且成本更低。同时双金属齿轮刀具结构稳定，不会发生普通焊接方式易出现断裂的现象，提高数倍刀具寿命；双金属齿轮刀具强度更高，加工切割范围更广泛。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明滚齿刀的结构示意图。

附图3是本发明插齿刀的结构示意图。

附图4是本发明剃齿刀的结构示意图。

附图5是本发明拉齿刀的结构示意图。

附图6是附图2的截面示意图。

附图7是附图3的截面示意图。

附图8是附图4的截面示意图。

附图9是附图5的截面示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种双金属齿轮加工刀具，其组成包括：工具钢刀体2，所述的工具钢刀体外侧具有粉末冶金高速钢齿环1，所述工具钢刀体与粉末冶金高速钢齿环通过热等静压连接，经过机械加工成型为齿轮刀具。

实施例2：

根据实施例1所述的双金属齿轮加工刀具，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指齿环上加工一组滚齿刀刀齿3，所述的滚齿刀模数1至模数50，所述的滚齿刀刀齿之间具有容屑槽，所述的工具钢刀体中心处具有通孔1，所述的通孔上具有键槽。

实施例3：

根据实施例1或2所述的双金属齿轮加工刀具，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指齿环上加工一组插齿刀刀齿7，所述的插齿刀模数1至模数25，所述的工具钢刀体中心处具有通孔8。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的双金属齿轮加工刀具，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指齿环上加工一组剃齿刀刀齿11，所述的剃齿刀模数1至模数20，所述的剃齿刀刀齿之间具有容屑槽9，所述的工具钢刀体中心处具有通孔10，所述的通孔上具有键槽12。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的双金属齿轮加工刀具，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指所述的工具钢刀体加工为圆柱轴，所述的圆柱轴上具有齿环，所述的齿环上可加工一组拉齿刀刀齿13，所述的拉齿刀直径20mm至300mm，所述的拉齿刀刀齿之间具有容屑槽14，所述的圆柱轴上有前刀柄和后刀柄15。

实施例6：

实施例1-5之一所述的双金属齿轮加工刀具的双金属复合方法，包括对首先对金属包套的选择，选用尽可能薄的金属包套，其次对金属包套进行焊接，焊接包括对钢板的螺旋卷焊或平焊、上下端盖板和抽空管焊接，再次向金属包套内进行填料，填料为工具钢棒或者圆柱形套筒，将采用填装的金属包套内的钢粉震实、密封焊接、抽空、热等静压，使粉末完全致密化，使金属包套内两种材料紧密结合。

首先对金属包套的选择，选用尽可能薄的金属包套包括：所述的金属包套壁厚应根据热压成形工件的尺寸来确定，在保证气密性和装料后包套不变形，同时有利于封焊的前提下，选用尽可能薄的金属包套，以对压坯的收缩有利；若选择的金属包套尺寸过大，为防止装料后在操作过程中变形，金属包套壁应加厚，金属包套在热等静压前需要经过加热脱气工序，会使金属包套材料的强度相应有所下降，因此需要金属包套壁厚对应加大，金属包套上下端盖的材质和厚度应与金属包套本体相同，端盖应带有冲压成的高度为10-20mm的翻边，其斜度为1°，端盖底部的最小外径应大于包套的内径。

对金属包套进行焊接，焊接包括对钢板的螺旋卷焊或平焊、上下端盖板和抽空管焊接具体要求包括，焊缝不得有小裂缝和孔洞，得到良好的真空性和高压密封性，焊缝要有足够的强度和塑性，在热等静压时不开裂，同时要保证焊透，焊缝深度与壁厚相等，焊接表面无油、无缝、无污垢，为了保证金属包套在真空和压力下的气密性，应在装料抽空和热等静压前对焊缝进行检漏，以便及早发现问题进行补焊。

再次向金属包套内进行填料具体是：(1)先将金属包套中心处放置一根根据需要计算直径的工具钢棒，后将高度钢粉末均匀装到工具钢棒的周围；(2)或先将金属包套中心处放置一根根据需要计算直径的圆柱形套筒，圆柱形套筒内装有工具钢粉末，后将高速钢粉末装填在圆柱形套筒外围，然后抽出套筒，粉末的充填密度高而均匀，并且不出现颗粒和成分的偏析，充填密度高而均匀有利于制品的质量，还会改善粉体的导热性，缩短热等静压的升温时间，当充填密度低于理论密度65％时金属包套会出现褶皱，导致压坯形状发生畸变，所以对充填密度低于理论密度65％的粉末进行冷等静压。

将采用(1)或(2)填装的金属包套内的钢粉震实、密封焊接、抽空、热等静压，使粉末完全致密化，使金属包套内两种材料紧密结合具体是：由此形成双金属齿轮刀具坯料，坯料从外向内分别为金属包套、粉末冶金高速钢、普通工具钢，在热等静压过程完毕后金属包套被车削掉，粉末冶金高速钢用于齿轮刀具的刀齿部分，普通工具钢用于刀体部分，这种齿轮刀具具备粉末冶金高速钢刀具的全部特点，由于刀体为普通工具钢极大降低了生产成本，提高了材料利用率。

Claims (1)

1.一种双金属齿轮加工刀具，其组成包括：工具钢刀体，其特征是：所述的工具钢刀体外侧具有粉末冶金高速钢齿环，所述的工具钢刀体与粉末冶金高速钢齿环通过热等静压连接，经过机械加工成型为齿轮刀具；所述的机械加工成型的齿轮刀具是指齿环上加工一组滚齿刀刀齿，所述的滚齿刀模数1 至模数50，所述的滚齿刀刀齿之间具有容屑槽，所述的工具钢刀体中心处具有通孔，所述的通孔上具有键槽；或者，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指齿环上加工一组插齿刀刀齿，所述的插齿刀模数1 至模数25，所述的工具钢刀体中心处具有通孔；或者，所述的机械加工成型的齿轮刀具是指所述的工具钢刀体加工为圆柱轴，所述的圆柱轴上具有齿环，所述的齿环上加工一组拉齿刀刀齿，所述的拉齿刀直径20mm 至300mm，所述的拉齿刀刀齿之间具有容屑槽，所述的圆柱轴上有前刀柄和后刀柄；工具钢刀体采用热等静压与一组粉末冶金高速钢刀齿连接，两种金属材料通过热等静压结合成为整体，双金属齿轮加工刀具不但具有整体粉末冶金齿轮刀具的优势而且成本更低；双金属齿轮加工刀具结构稳定，不会发生普通焊接方式易出现断裂的现象，提高数倍刀具寿命；双金属齿轮加工刀具强度更高；所述的双金属齿轮加工刀具的双金属复合方法，包括首先对金属包套的选择，选用尽可能薄的金属包套，其次对金属包套进行焊接，焊接包括对钢板的螺旋卷焊或平焊、上下端盖板和抽空管焊接，再次向金属包套内进行填料，填料为工具钢棒或工具钢粉末，将采用填装的金属包套内的钢粉震实、密封焊接、抽空、热等静压，使粉末完全致密化，使金属包套内两种材料紧密结合；所述的首先对金属包套的选择，选用尽可能薄的金属包套包括：所述的金属包套壁厚应根据热压成形工件的尺寸来确定，在保证气密性和装料后包套不变形，同时有利于封焊的前提下，选用尽可能薄的金属包套，以对压坯的收缩有利；若选择的金属包套尺寸过大，为防止装料后在操作过程中变形，金属包套壁应加厚，金属包套在热等静压前需要经过加热脱气工序，会使金属包套材料的强度相应有所下降，因此需要金属包套壁厚对应加大，金属包套上下端盖的材质和厚度应与金属包套本体相同，端盖应带有冲压成的高度为10-20mm 的翻边，其斜度为1°，端盖底部的最小外径应大于包套的内径；所述的对金属包套进行焊接，焊接包括对钢板的螺旋卷焊或平焊、上下端盖板和抽空管焊接， 具体要求包括，焊缝不得有小裂缝和孔洞，得到良好的真空性和高压密封性，焊缝要有足够的强度和塑性，在热等静压时不开裂，同时要保证焊透，焊缝深度与壁厚相等，焊接表面无油、无缝、无污垢，为了保证金属包套在真空和压力下的气密性，应在装料抽空和热等静压前对焊缝进行检漏，以便及早发现问题进行补焊；所述的再次向金属包套内进行填料具体是：（1）先将金属包套中心处放置一根根据需要计算直径的工具钢棒，后将高速钢粉末均匀装到工具钢棒的周围；（2）或先将金属包套中心处放置一根根据需要计算直径的圆柱形套筒，圆柱形套筒内装有工具钢粉末，后将高速钢粉末装填在圆柱形套筒外围，然后抽出套筒，粉末的充填密度高而均匀，并且不出现颗粒和成分的偏析，充填密度高而均匀有利于制品的质量，还会改善粉体的导热性，缩短热等静压的升温时间，当充填密度低于理论密度65％时金属包套会出现褶皱，导致压坯形状发生畸变，所以对充填密度低于理论密度65％的粉末进行冷等静压；所述的将采用（1）或（2）填装的金属包套内的钢粉震实、密封焊接、抽空、热等静压，使粉末完全致密化，使金属包套内两种材料紧密结合具体是：由此形成双金属齿轮加工刀具坯料，坯料从外向内分别为金属包套、粉末冶金高速钢、普通工具钢，在热等静压过程完毕后金属包套被车削掉，粉末冶金高速钢用于齿轮刀具的刀齿部分，普通工具钢用于刀体部分，这种齿轮刀具具备粉末冶金高速钢刀具的全部特点，由于刀体为普通工具钢极大降低了生产成本，提高了材料利用率。