插齒刀制造技術(shù)研究

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摘要:本文主要針對硬質(zhì)合金插齒刀插削硬齒面齒輪時容易崩刃，故采用負(fù)前角，但針對以前的錐前刀面法和代圓弧法存在一定的缺陷，所以需研制一種新型的負(fù)前角加工方法，此方法沿刃形按漸開線倒棱。此處主要通過建模及有限元分它的最大受力點(diǎn)及對一些參數(shù)的優(yōu)化，為以后進(jìn)一步研究插齒刀打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:負(fù)倒棱插齒刀；有限元分析；參數(shù)優(yōu)化

1插齒刀研究的現(xiàn)狀

隨著硬齒面齒輪的廣泛應(yīng)用，其加工精度成為齒輪加工技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，現(xiàn)在齒輪的加工方法多采用切削法，即利用齒輪之間的嚙合原理實(shí)現(xiàn)的，其中插齒刀在齒輪制造業(yè)中占有非常重要的作用。隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，插齒生產(chǎn)的效率和精度都在逐漸提高，所以研制高精度、高速、抗沖擊的插齒刀是目前發(fā)展的趨勢，本文主要針對硬質(zhì)合金插齒刀插削硬齒面齒輪時容易崩刃，故采用負(fù)前角，但針對以前的錐前刀面法和代圓弧法存在一定的缺陷，所以需研制一種新型的負(fù)前角加工方法，此方法沿刃形按漸開線倒棱。其特征在于：在零度前刀面上，沿齒形側(cè)刃法向方向制出均勻的負(fù)倒棱，且負(fù)倒棱角度的大小根據(jù)加工條件進(jìn)行優(yōu)選，其優(yōu)點(diǎn)是抗沖擊強(qiáng)度明顯提高，可以消除原理誤差，而且效率高、精度高、柔性好。

2負(fù)倒棱插齒刀理論及實(shí)體建模

漸開線法向負(fù)倒棱硬質(zhì)合金插齒刀，是沿切削刃方向磨出均勻倒棱，它是由硬質(zhì)合金刀片和刀體兩部分組成，建立模型時，首先利用漸開線參數(shù)方程描出漸開線上的點(diǎn)，將點(diǎn)連成一條平滑曲線，鏡像得到一個齒的齒廓形狀，然后看插齒刀需要幾個齒，均布即可得到平面結(jié)構(gòu)，最后在插齒刀的軸向拉伸就可得到其實(shí)體模型，建立的實(shí)體模型如下圖1所示。

3有限元分析

首先建立模型，劃分網(wǎng)格，施加應(yīng)力，分析，得到如圖2所示的結(jié)果，從圖上可以看出，紅色的位置是應(yīng)力最大的位置，也就是前刀面緊靠切削層的上部，即插齒刀切出工件時最大，容易發(fā)生脆性崩刃，原因有兩個，一是由于切出時切削層變窄，后角使得刀尖的支承條件，二是切出時前刀面的快速冷卻，使得熱拉應(yīng)力變大。所以要保證最大拉應(yīng)力不超過σmax，以此作為評價插齒刀的強(qiáng)度指標(biāo)。

4參數(shù)優(yōu)化

4.1倒棱寬度對插齒刀強(qiáng)度的影響

固定一些因素，只考慮倒棱寬度對插齒刀強(qiáng)度的影響，改變倒棱寬度，可以得到一組最大應(yīng)力的數(shù)值，其中R為倒棱寬度與切削厚度的比值，繪制成曲線如圖3所示，從圖中可以看出，寬度比在3到5之間最大拉應(yīng)力幾乎不變，但低于3以后，隨著寬度的減小，最大拉應(yīng)力增加，寬度比為1.2時的最大拉應(yīng)力是寬度比為5時的1.5倍左右。其中前5后6，切削速度6m/min，切削深度0.05mm，工件硬度為60HRC。

4.2刀具角度對插齒刀強(qiáng)度的影響

硬齒面插齒刀負(fù)前角角度比較固定，一般為5°到10°之間，下面分析一下后角的變化對插齒刀應(yīng)力的影響，后角度數(shù)分別取4、6、8，繪制出的曲線如圖4所示，紫色的后角取為8時，整體高于綠色的，即后角取為6時的曲線，在負(fù)前角為3時，所有的后角取值應(yīng)力達(dá)到最大值，在大于3時，應(yīng)力急劇降低，最低點(diǎn)也就是應(yīng)力最小的點(diǎn)為負(fù)前角為8，后角為6時，即可得到倒棱插齒刀的最小應(yīng)力值300MPa左右。

5結(jié)論

本文首先建立了倒棱面插齒刀實(shí)體模型，利用有限元對其最大受力點(diǎn)進(jìn)行了分析，然后對插齒刀的一些參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，為以后研究相關(guān)內(nèi)容打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2]陸永貴.新構(gòu)型法硬齒面插齒刀的研究[D].長春：長春光機(jī)學(xué)院機(jī)電工程系，1999.

作者:董瑞紅 孟曉燁 王麗 單位:包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院