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硬齿面滚齿工艺及滚刀的设计与使用

随着生产力的不断发展，齿轮传动正朝着高速、重载、高精度的方向发展，

越来越多的齿轮传动采用承载能力大、抗点蚀性能好的硬齿面齿轮。国外发

达国家的工业齿轮，经表面淬火和整体淬火硬度在350HBS以上的硬齿面几乎

已完全取代硬度低于350HBS的软齿面。我国自80年代以来，开始推广硬齿

面齿轮的应用。

1硬齿面滚齿工艺

采用硬质合金滚刀对硬齿面进行加工，革新了传统的硬齿面精加工工艺。首

先，对于高精度的磨齿齿轮来说，硬齿面滚齿能用很高的效率代替粗磨工序，

切除轮齿的热处理变形，留下小而均匀的余量进行精磨，从而大大地提高了

磨齿效率。其次，对于珩齿齿轮来说，在珩齿前安排硬齿面滚齿，可以切除

热处理变形，达到必要的精度，再进行珩齿加工，以充分发挥珩齿工艺光整

加工的特长，弥补滚齿加工的不足。再次，对于普通精度的淬硬齿轮来说，

可以用硬质合金滚刀直接进行精滚加工，以最低的成本保证齿轮加工精度，

这一点对于大、中型齿轮更有其技术经济意义。

硬齿面滚齿加工的工艺路线大致如下：

1.磨齿齿轮(3～6级)：滚齿→淬火→硬齿面半精滚→磨齿；

2.珩齿齿轮(6～7级)：滚齿→淬火→硬齿面半精滚→珩齿；

3.普通精度齿轮(7～9级)：滚齿→淬火→硬齿面精滚

硬齿面滚齿工艺的加工精度除了齿形精度外，其它项目均可达到3～5级精度。

造成齿形精度难以进一步提高的原因主要有两个方面，一是滚齿机的稳定性

和传动刚度差,二是制造高精度硬质合金滚刀存在一定的困难，特别是大负前
角的滚刀在重磨后齿形变化很大。为此，需要对滚刀的结构和参数进行精心

设计和计算，对重磨后的齿形精度进行分析，并提出改进措施。

2硬质合金滚刀设计

1.滚刀材料

硬齿面滚齿加工的特点是：工件硬度高、切削过程断续和切削层很薄，在切

削过程中，刀具承受着较大的冲击载荷、较高的切削温度和强烈的摩擦，因

此，对刀具切削部分材料的冲击韧性、耐磨性和耐热性的要求就很高。日本

的硬质合金滚刀专家相蒲教授等通过试验，推荐采用P20类硬质合金，相当

于我国国产牌号YT14，该材料具有较高的耐磨性，再添加碳化锂等高温碳化

物来提高刀片的冲击韧性和耐磨性，以获得良好的切削性能。

2.滚刀的结构形式

目前，世界各国所设计的硬质合金滚刀，其结构主要有3种：整体式、机夹

式、焊接式。

a.整体式硬质合金滚刀

其优点是刚性强，机械加工省时，可做到较高精度。但受整体压形工艺限制，

目前只能做到外径85mm的滚刀，且损耗昂贵的硬质合金较多，成本高，只

宜做模数m=3mm以下的滚刀。

b.机夹式硬质合金滚刀

机夹式结构比较复杂，夹紧可靠性也较差，特别是在加工大模数淬硬齿轮时，

齿面的挤压力较大，且交变作用显著，因此对刀片的夹紧要求较高。我国韶
关工具厂生产的硬质合金滚刀就是此类结构。这种结构可用于前角γ=0°～

-30°的各类中模数(m1～6)硬质合金滚刀，切削效果很好。

c.焊接式硬质合金滚刀

其优点是结构简单，联接强度高，而且硬质合金刀片烧结容易，材料节省，

应用较广泛。但由于焊接应力引起的裂纹一直是产品质量不稳定的因素，因

此需要较高的焊接技术，近年来日本对此问题解决较好，并已在生产中应用。

我国重庆、汉江等工具厂采用这种结构。

3.滚刀前角

由于硬质合金的冲击韧性较差，因此，在硬齿面滚齿时，极易产生崩刃，崩

刃是硬质合金滚刀要解决的主要问题。为此，设计滚刀时，采用大负前角的

特殊形式。

确定前角时要考虑两点：

a.刀具刃磨后齿形精度的保持性；

b.提高刀齿抗崩刃的能力，降低刀刃磨损。
负前角的大小将直接影响刀具刃磨后齿形精度的
表1前角推荐值
保持性以及抗崩刃的能力。负前角越大，精度保持

性越差，但负前角过小，则刀具的抗崩刃能力越小。
齿轮齿
从理论上分析，随着硬质合金滚刀负前角的增大，滚刀前角
面硬度
滚刀侧刀刃倾角增大，使滚刀刀齿平稳地切入金属

层，从而减小了冲击，保护硬质合金刀齿不致崩刃，
HRC≤520°
耐用度明显提高。国内外的试验和使用情况也得到

同样的结论。但是，负前角值越大，要保证滚刀的
HRC＞
齿形精度就越困难。根据被加工齿轮的齿面硬度，-10°
52～60
前角推荐值，如表1示。

3滚刀前面偏位值的修正HRC＞-20°～

直槽滚刀重磨后，习惯上规定前面偏位值不变，认60～62-30°

为这样能保证其齿形精度。但从理论上来讲是不符

合的。近年来使用的直槽大负前角硬质合金滚刀也证明了这一点。随着滚刀

重磨量的增加，被滚切轮齿的渐开线误差，在齿顶处逐渐朝负向偏离，如图1

所示。通过理论分析和试验，发现在重磨时改变前面偏位值能保证直槽滚刀

刃磨