中、小模数齿轮滚刀的现状分析

中、小模数齿轮滚刀的现状分析

编写：CGMA 小模数齿轮工作委员会 俞仁楠

中国有句俗语：“好马需配好鞍”。随着滚齿机数控化、智能化、环保节能技术的提升，具备了高速度、高效率、高精度及环保节能的基础条件，那么齿轮刀具材料技术、加工技术、涂层技术的进步，就起到了有效的保证作用。

用滚刀在工作母机(滚齿机)上，按展成法加工轮缘上带齿的零件。滚刀是滚齿机上必备的工具，它是刀齿沿圆柱或圆锥作螺旋线排列的齿轮加工刀具，用于按展成法加工圆柱齿轮﹑蜗轮和其他圆柱形带齿的工件。根据用途的不同﹐滚刀分为齿轮滚刀﹑蜗轮滚刀﹑非渐开线展成滚刀和定装滚刀等。

中、小模数齿轮滚刀具有一定的特殊性及工艺特点。如：硬质合金滚刀、全切式滚刀、多头滚刀、蜗杆滚刀、硬齿面切削（刮削），在中小模数齿轮加工中得到了广泛应用。

一、滚刀的分类

1、按加工性质分类

? ┣ 渐开线齿轮（精切）滚刀（通常称齿轮滚刀：应用最广）—— 非全

切式滚刀、全切式滚刀（顶切）。

? ┣ 渐开线齿轮（粗切）滚刀—— 剃前滚刀、磨前滚刀、刮前滚刀、挤前

滚刀。

? ┣ 蜗轮滚刀 ? ┣ 蜗杆滚刀

? ┣ 花键滚刀—— 矩形花键滚刀、渐开线花键滚刀。

? ┣ 链轮滚刀—— 滚子链链轮滚刀、套筒链链轮滚刀、齿形链链轮滚刀。 ? ┣ 同步带轮滚刀——梯形齿带轮滚刀、圆弧齿带轮滚刀。 ? ┣ 特殊齿形滚刀—— 非渐开线展成滚刀

2、按结构分类

1

? ┣ 整体滚刀—— 带孔（套装）类、带柄（杆式）类。 ? ┣ 焊接式滚刀 ? ┣ 可转位式滚刀 ? ┣ 定装滚刀

3、按材料分类

? ┣ 普通高速钢滚刀—— W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。

? ┣ 高性能高速钢滚刀—— W6Mo5Cr4V2Co（美国牌号：M35）、W2Mo9Cr4VCo8(美5

国牌号：M42)。

? ┣ 粉末高速钢(PM 高速钢)滚刀——ASP 2030(ASP30)、 ASP

2052(ASP52)、ASP 2060(ASP60)

? ┣ 硬质合金—— K40、YG6X

4、按滚刀线数（头数）分类

? ┣ 单头齿轮滚刀—— 一般不标出（普遍采用）。

? ┣ 多头齿轮滚刀—— 双头、三头。—— 双头、三头齿轮滚刀在中小模

数齿轮滚刀中已得到广泛应用。 5、按精度等级分类

? ┣ GB/T 6084-2001 齿轮滚刀通用技术条件—— 分成AA级、A级、B级、

C级。

? ┣ JB/T 2494-2006 小模数齿轮滚刀—— 分成AAA级、AA级、A级、B

级。

? ┣ JB/T 7654-2006 整体硬质合金小模数齿轮滚刀—— 分成AAA级、AA

级、A级、B级。

? ┣ GB/T 9205-2005 镶片齿轮滚刀—— 分成AA级、A级、B级、C级。 ? ┣ GB/T 5103-2004 渐开线花键滚刀 通用技术条件—— 分成A级、B级、

C级。

? ┣ GB/T 10952-2005 矩形花键滚刀—— 分成A级、B级。 ? ┣ JB/T 4103-2006 剃前齿轮滚刀—— 分成A级、B级。

? ┣ JB/T 7427-2006 滚子链和套筒链链轮滚刀 —— 分成C级、D级。 ? ┣ JB/T 10004-1999 硬质合金刮削滚刀 技术条件—— 分成AA级、A级、

2

B级。

二、中、小模数齿轮滚刀的现状与滚齿工艺特点

渐开线齿轮滚刀（通常称齿轮滚刀）是复杂刀具、是滚刀中最典型、应用面最广的一种。齿轮滚刀是按齿轮啮合原理加工工件齿形的一种展成刀具。齿轮滚刀是按螺旋齿轮啮合原理加工直齿和斜齿圆柱齿轮的一种刀具。它相当于一个齿数很少，螺旋角很大的斜齿轮其外貌呈蜗杆状。

1、齿轮滚刀的材料与涂层的发展现状

齿轮滚刀材料与涂层技术的进步，是齿轮滚削实现高速、高效的“双刃剑”，是实现硬齿面切削的保证。

齿轮滚刀材料由普通高速钢→高性能高速钢→粉末冶金高速钢(PM 高速钢)→硬质合金。多种滚刀材料的研究成果，适应了各个领域的使用要求。

齿轮滚刀的涂层技术也由七十年代起步应用的“黄刀子”逐步发展到现在的各种“黑刀子”。详见涂层种类表。

齿轮滚刀涂层种类表

No 涂层材料 微硬度 （HV） 2300 3200 3000 1000/2000 1750 8000-10000 3300 3000 针对钢材的摩擦系数（干性） 0.40 0.35 0.40 0.10-0.20 0.50 0.15-0.20 0.30-0.35 0.40 内应力（Gpa） -2.5 -3.0 -4.0 -1.0 -1.5/-2.0 -1.3/-1.5 -4.0 最大适用温度（摄氏） 600 1100 400 300 700 600 900 400 涂层 颜色 涂层结构 1 2 TIN 氮化鈦 AlCrN氮铬化铝 金黄色 单层 蓝灰色 单层 蓝灰色 多层，的 黑灰色 薄板状的 银灰色 单层 浅灰色 单层 紫灰色 纳米-结构 金黄色 多层，倾斜的 多层的，薄板状的 3 TiCN碳氮化钛 4 5 6 7 8 WC/C碳化钨/碳 CrN氮化铬 多晶体金刚石 iAlN氮铝化钛 TiCN+TiN碳氮化钛+氮化钛 TiAlN+ WC/C氮铝化钛+碳化钨/碳 9 3000 2500 3300 3300 3500 0.15-0.20 0.10-0.20 0.25 0.40 0.40 -1.7/-2.0 -1.3/1.5 -3.0/-3.5 -4.0 800 350 900 900 800 深灰色 10 DLC(a-C:H) 11 TiAlN氮铝化钛 12 TiAlN氮铝化钛 13 TiAlN氮铝化钛 黑灰色 单层 紫灰色 纳米-结构 蓝灰色 纳米-结构 紫灰色 单层 齿轮滚刀材料的进步越来越实现了良好的磨削性能、良好的热处理尺寸稳定性、良好的韧性、良好的红硬性、良好的耐磨性。材料涂层技术的进步提高了涂层刀具抗摩擦、抗粘结的能力，使用寿命延长了2～3倍，切削速度提高25%～

3

50%。

随着硬质合金材料的进步、高硬度材料加工技术的进步、硬质合金刀具涂层技术的进步，提高了齿轮刀具耐用度，为中小模数齿轮制造中的推行高速切削、干式切削、硬齿面切削的工艺，提供了有效的保证。

从以下齿轮滚刀在使用前后及涂层前后的滚削速度关系表（以滚削40Cr、35CrMo、20CrMo合金结构钢为例），可以明确地看出齿轮滚刀材料技术的进步与涂层的重要性。

齿 轮 滚 刀 硬质合金 +涂层 硬质合金 磨后不涂 粉末高速钢 +涂层 粉末高速钢 磨后不涂 高性能高速钢 +涂层 高性能高速钢 磨后不涂 高性能高速钢 不涂 普通高速钢 滚削速度 m/min 120-160 100-130 90-120 70-100 70-80 60-70 50-60 30-40 刮削速度 m/min 100-140 80-110 2、关于全切式齿轮滚刀（顶切滚刀）的应用

全切式滚刀在中小模数齿轮加工中已得到普遍的应用。

通常用的滚刀非全切式（也称标准滚刀）。非全切式滚刀只有顶刃和侧刃参加切削。全切式滚刀除了顶刃和侧刃参加切削外，其滚刀槽底也同时进行切削。由于这种滚削方式，可以使齿顶与齿形同时展成，确保了齿顶圆与分度圆的同心，因此突现了三大优点。一是可以降低齿轮坯的外圆精度要求，二是齿轮滚削后，齿顶没有毛剌；并进行了齿顶修圆，对降低齿轮传动噪音起到了重要作用，三是对齿轮热处理后的孔加工可以外径定位，提高了加工效率。

关于全切式滚刀，在1972年由国防工业出版社出版的《小模数齿轮加工》一书中就有论述。但是由于滚刀制造装备及砂轮制造技术的落后，多年来推广应用难度大。近几年来，随着滚刀制造装备水平的提升及砂轮制造技术的进步，全切式齿轮滚刀的制造已经不是难题。全切式齿轮滚刀的推广应用，对中小模数齿轮制造中成本的下降、精度的保证起到了重要的作用。

3、关于多头齿轮滚刀的应用

关于多头齿轮滚刀，在1972年由国防工业出版社出版的《小模数齿轮加工》一书中也已有论述：“多头滚刀的加工生产率很高，故若能提高多头滚刀的制造

4