超精微硬质合金小模数滚刀及其制造工艺的制作方法

本发明属于滚刀精加工领域，尤其涉及一种超精微硬质合金小模数滚刀及其制造工艺，使用超精微硬质合金小模数滚刀数控磨削技术，尤其是一种加工修缘、修形，齿形齿底小圆弧的小模数滚刀齿形数控磨削技术，滚刀基准的加工技术并且涉及滚刀硬质合金坯料的制作要求。

背景技术：

齿轮传动和变速是机械传动结构中效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长，而在闭式传动结构中其效果更为突出。优质材料经过良好热处理，在良好的工作条件和润滑的环境中，其轮齿折断、齿面磨损、点蚀、胶合、变形有所改善，尤其是修缘、修形和高精度的齿轮对延长寿命、提高传动与变速的稳定性具有更好效果。因此，对滚刀齿形的修缘、修形和提精提出了更高要求，修缘修形滚刀是当前滚刀时代特点之一。

随着机械工业的发展，自动化程度的提高、智能化技术的不断进化和广泛应用、时代产品带来了零件的细微化、功能的复合化、运动的精确化和造型现代化的齿轮，除了常规的渐开线齿形外，摆线轮传动、谐波轮传动、蜗杆轮传动，因此各种相应的线型小模数滚刀市场需求也随之增加，小模数多品种是当前滚刀时代特点之二。

时代在进步，技术在发展，高端装备的新生切削技术的升级，高效率、高速度、高精度、高耐用、环保型的生产模式已成为时代发展方向，由高速钢滚刀提升为硬质合金滚刀、表面涂层，滚刀精度保持性好、寿命长，这是当前滚刀时代特点之三。

根据滚削技术的发展要求，滚刀时代突现的特点，在中国机械工业联合会的关心与支持下，在我厂设立机械工业小模数滚刀技术研究中心，集国内外专家之才，聚滚刀技术的精华，有效地推动了超精微硬质合金小模数滚刀的成长，替代进口，走出国门，畅销国内外，创品牌产品，已梦想成真。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超精微硬质合金小模数滚刀，实现小模数滚刀高精高效高耐用度滚削齿轮。还提供了一种超精微硬质合金小模数滚刀的制造工艺。

所谓超精——滚刀的技术指标达到德标din3968aa级，企业内控aaa级，国标jb/t2494-2006国标aa级以上，jb/t7654-2006国标aa级以上。

所谓超微——滚刀的模数范围0.1～0.9mm，最小可达0.08mm。

尺寸——滚刀分圆直径dcpφ12～40mm×总长l12～20mm，当为串刀时，总长为50mm。

所谓硬质合金——优质的硬质合金材料。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

超精微硬质合金小模数滚刀，其特征在于，滚刀基本参数为：模数m0.08-0.9，结构型式包括套式湿切型、套式刮削干切型，齿型类型包括标准型、修缘型、带触角型、修形型，型线类型包括渐开线型、矩形花键型、尖齿三角形、摆线型、谐波型，滚刀分圆直径dcpφ12-40mm，滚刀总长l12-50mm，内孔直径d8-13mm，精度等级满足德标din3968aa、国标jb/t2494-2006aaa、国标jb/t7654-2006aaa等级。

上述超精微硬质合金小模数滚刀的制造工艺，包括如下步骤：

(1)根据刀具切削性能需要配制硬质合金坯料成分，压制成形、初切成坯、烧结成材，保证毛坯内在质量和外形精度，提高毛坯的制造效率。作为优选，所述滚刀坯料成形精切后在真空度为99.99％的炉内烧结以获得高质量坯料。

(2)应用电介加工电脉冲穿孔、线切割内孔、容屑槽和键槽。在电脉冲机床上对进口圆材进行电脉冲穿孔，在线切割机上线切割孔，落料，解决了进口棒材的预加工，应用内孔定位夹具进行键槽与容屑槽的加工。

(3)应用珩磨磨条在珩磨机上进行滚刀内孔的孔内加工，半精磨。在珩磨机上合理选用珩磨条进行粗、精珩磨内孔从而减少在内磨机床夹持滚刀磨内孔易开裂缺陷，保证了内孔的预磨加工质量。用粗、精珩磨代替磨内孔工序，减少了内圆磨床磨孔因磨削加工余量不均而造成开裂，提高孔的加工精度减少了废品率。

(4)应用研具进行内孔最终加工，并用顶级气动量仪检测。内孔是以下步骤的基准，是滚刀精度的依靠，故改进研磨工具结构以提高研具制造质量、提高研孔精度非常重要，作为优选，控制内孔精度达到h4，圆柱度0.002mm，当内控精度达到这样时，与磨制齿形时的砂轮选择和切削用量的控制配合，以给生产出高精度的齿形、齿底圆弧和前刃面提供必要的基础。

(5)应用精密数控外圆磨磨轴台端面和外圆以及刃部外圆。滚刀的轴台端面与外圆的精度是滚刀的安装与用来检测安装精度的基准，在数控外圆磨床上提高工艺系统的刚度与安装滚刀芯轴及顶尖的精度，保证滚刀的轴台精度，内孔与轴台端面是滚刀安装精度的判断基准，决定滚刀的制造与使用精度。作为优选，将滚刀安装在1:20000锥度芯轴或液压芯轴上，在精密的数控外圆磨上磨制滚刀轴台的外圆与端面，控制轴台端面达到端跳0.002mm，径跳0.003mm的形位公差精度。

(6)应用数控万能工具磨螺纹；将滚刀安装在精密的锥度芯轴或液压芯轴上，用金刚石滚轮修整金刚石砂轮齿形，在数控万能工具磨床上粗磨滚刀螺纹齿形。

(7)将滚刀安装在锥度芯轴或液压芯轴上，在数控万能工具磨床上，利用用金刚石滚轮修整的金刚石砂轮的平面或锥面对滚刀容屑槽及前刃面进行镜面磨削，以获得符合要求的前刃面。作为优选，控制所述获得的前刃面的表面粗糙度达ra0.32以上，更优地，将安装在锥度芯轴或液压芯轴的滚刀置于数控万能工具磨床顶尖上，采用先使用d64金刚石砂轮磨，再采用d25金刚石砂轮磨来完成滚刀容屑槽和前刃面的镜面磨削，所述金刚石砂轮均由金刚石滚轮进行体外修整和体内精修成形，并且对切削用量进行控制，由此控制前刃面表面粗糙度达ra0.25以上，前刃面与后刃面构成滚刀的坚韧的切削刃，前刃面越光滑，在齿轮加工过程中越不易崩刃，使用寿命越长。

(8)将滚刀安装在精密的锥度芯轴或液压芯轴上，选用利用金刚石滚轮进行体外修整和体内精修成形的金刚石砂轮，在数控滚刀磨床上铲磨齿形或在超精智能工具磨床用型线法点磨齿形，保证齿形精度并生成后角与前刃面形成切削刃。作为优选，将滚刀精密安装在1:20000的锥度芯轴或液压芯轴上，选用安装在hsk刀柄的砂轮杆上的d64金刚石砂轮体外修整与体内多次修整成形，当模数m＞0.1时，在数控滚刀磨床上铲磨齿形，当模数m≤0.1时，在工具磨床上用型线法点磨齿形，保证齿形并生成后角与前刃面形成切削刃。更优地，在数控滚刀磨床上采用精密的芯轴装夹系统夹住滚刀进行铲磨或型线法点磨。进一步地，所述金刚石砂轮为d64金刚石砂轮。

(9)采用低温技术进行材料定型处理并采用油时效回火处理去除磨削应力。滚刀成型加工之后，将滚刀置入液氮冷却低温箱内进行低温时效处理以定型材料内部组织保证尺寸的稳定性，并在生产过程中根据需要将滚刀置于油炉中保温一定时间以去除磨削过程中产生的表面应力来减少磨削变形，提高加工精度；作为优选，将滚刀置于液氮冷却-185℃以下的低温炉内进行低温定型处理，在生产过程中根据需要将滚刀置于150℃-160℃油炉中保温12小时的回火时效处理以去除磨削过程中产生的表面应力来减少磨削变形和提高加工精度。

(10)应用克林贝格滚刀数控检测仪和卓勒智能光学刀具检测中心对滚刀参数进行检测；按德标din3968和国标jb/t2494-2006、jb/t7456-2006以及日本标准等相关等级输入滚刀的参数及技术指标进行检测，全面评估滚刀的制造精度等级。作为优选，克林贝格滚刀数控检测仪检测的项目包括滚刀的齿形、齿向、齿距、螺旋线、前刃面径向性与轴线平行性、齿厚；卓勒智能光学刀具检测中心检测的项目包括修缘、修形、触角齿形、齿底圆弧。具体地：将滚刀正确安装在精密的芯轴上置于克林贝格滚刀数控检测仪两顶尖之间并将3d测头放在欲测部位，由3d测头进行滚刀的齿形、齿向、齿距、螺旋线、前刃面径向性与轴线平行性、齿厚等参数检测，修缘、修形、触角齿形、齿底圆弧等均在卓勒智能光学刀具检测中心检测。本发明控制各参数在当代最先进数控智能的克林贝格p26c滚刀数控检测仪上检，可靠正确，信誉度高，其修缘、修形齿形、齿底圆弧r及齿顶圆弧的特征必须在卓勒g3型智能光学刀具检测中心上检，使得其质量得以保证，为行业确认，为实践所证实。

(11)对滚刀齿形表面进行涂层并进行检测。作为优选，采用巴尔查斯涂层：将滚刀进行涂前处理后放进涂层炉内按涂层操作工艺规程涂层，涂层厚度为2～3μ，之后用检测仪器检测，检测项目包括涂层的粘结力、厚度、刃口饨化圆弧、表面质量、硬度。超精微硬质合金小模数滚刀工艺最后一道工序是涂层，涂层质量涉及滚刀的生命力，因为超精微的硬质合金滚刀，结构微小、齿形小、强度差，极易崩刃，为了增加表面硬度硬度、减少表面磨擦系数、增加刀具耐用度、韧度，故选择将滚刀进行涂前处理后放进涂层炉内按涂层操作工艺规程涂层，发明人经研究发现采用巴尔查斯涂层是较好的路径。之后用检测仪器必须检测涂层的粘结力、厚度、刃口饨化圆弧、表面质量、硬度等重要参数。

当生产超精微小模数滚刀的模数m≤0.1时，齿底圆弧≤r0.1时，步骤(8)中，控制在超精密的智能型工具磨床上用优质的金刚石砂轮及超精密金刚石滚轮先体外后体内修整用型线法点磨以获得如意齿形，尤其是齿形、齿底圆弧在r0.05～r0.1并能得到合理的后角，取得满意的切削性能。

本发明的有益效果是：本发明的超精微硬质合金小模数滚刀的制造工艺，基于现代硬质合金坯料制造技术和超精密的数控智能型磨削工艺，再结合工厂长期生产经验与技术沉积，最终选择出了具有国际先进水平、科学的工艺流程和合理的工艺参数，制得的滚刀具有齿形精度高、形位公差小、精度保持性好、耐用度高、韧度好、寿命长等优点，特型设计与制造的滚刀可干切，用于加工齿轮时加工过程绿色环保，可广泛用于加工微型齿轮、蜗轮、谐波轮、摆线轮等，为开发微形的变速箱和微型传动系统奠定基础，为当代机械行业间迈入细微世界打开大门；本发明的工艺还具有以下突出优点：

1.滚刀的硬质合金坯料成形快效率高备料周期短，质量有保证；

2.滚刀基体的内孔、轴台超精密一般在0.002～0.003mm以内，优良基准保证了后续工序的加工精度和客户使用效果；

3.以粗精珩磨代替了磨内孔工序，提高了合格率，减少了废品，降低了成本；

4.滚刀的低温、油时效、涂层三大工艺措施有效保证了滚刀体的内在质量，提高了滚刀的耐用度和寿命；

5.高端的装备和体外粗修体内精修金刚石砂轮有效保证了滚刀的齿形精度，提高齿轮传动与变速的效能和齿轮的加工成本，成为深受客户欢迎的高端的品牌产品。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。

图1为滚刀坯料示意图；

图2为棒材坯料割落料，电脉冲穿孔，线切割割孔示意图；

图3为滚刀基准内孔与轴台的加工示意图；

图4/1、图4/2为用砂轮平面与锥面对滚刀的前刃面进行镜面磨削示意图；

图5为滚刀齿形在数控滚刀磨上铲磨示意图；

图6为滚刀齿形在数控万能工具磨床上用型线法点磨示意图；

图7为本发明实施例超精微硬质合金小模数滚刀结构型式；

图8为本发明实施例超精微硬质合金小模数滚刀齿形类型；

图9为本发明实施例超精微硬质合金小模数滚刀型线类型。

具体实施方式

如图1-9所示，超精微硬质合金小模数滚刀，滚刀基本参数为：模数m0.08-0.9，滚刀分圆直径dcpφ12-40，滚刀总长l12-50，内孔直径d8-13，精度等级满足德标din3968aa、内控标准aaa、国标jb/t2494-2006aaa、jb/t7654-2006aaa等级。结构型式包括套式湿切型、套式刮削干切型，齿型类型包括标准型、修缘型、带触角型、修形型，型线类型包括渐开线型、矩形花键型、尖齿三角形、摆线型、谐波型。

所谓超精——滚刀的技术指标达到德标din3968aa级，企业内控aaa级，国标jb/t2494-2006国标aa级以上，jb/t7654-2006国标aa级以上。

所谓超微——滚刀的模数范围0.1～0.9mm，最小可达0.08mm。

尺寸——滚刀分圆直径dcpφ12～40mm×总长l12～20mm，当为串刀时，总长为50mm。

所谓硬质合金——优质的硬质合金材料。

超精微硬质合金小模数滚刀制造工艺，包括如下步骤：

(1)根据刀具需要配制硬质合金坯料成分，压制成形、初切成坯、烧结成材，保证毛坯内在质量和外形精度，提高毛坯的制造效率。所述滚刀坯料成形精切后在真空度为99.99％的炉内烧结以获得高质量坯料。

(2)应用电介加工电脉冲穿孔、线切割内孔、容屑槽和键槽。在电脉冲机床上对进口圆材进行电脉冲穿孔，在线切割机上线切割孔，落料，解决了进口棒材的预加工，应用内孔定位夹具进行键槽与容屑槽的加工。

(3)应用珩磨磨条在珩磨机上进行滚刀内孔的孔内加工，半精磨。在珩磨机上合理选用珩磨条进行粗、精珩磨内孔从而减少在内磨机床夹持滚刀磨内孔易开裂缺陷，保证了内孔的预磨加工质量。用粗、精珩磨代替磨内孔工序，减少了内圆磨床磨孔因磨削加工余量不均而造成开裂，提高孔的加工精度减少了废品率。

(4)应用研具进行内孔最终加工，并用顶级气动量仪检测。内孔是以下步骤的基准，是滚刀精度的依靠，故改进研磨工具结构以提高研具制造质量、提高研孔精度非常重要，控制内孔精度达到h4，圆柱度0.002mm，当内控精度达到这样时，与磨制齿形时的砂轮选择和切削用量的控制配合，以给生产出高精度的齿形、齿底圆弧和前刃面提供必要的基础。

(5)应用精密数控外圆磨磨轴台端面和外圆以及刃部外圆。滚刀的轴台端面与外圆的精度是滚刀的安装时用来检测安装精度的基准，在数控外圆磨床上提高工艺系统的刚度与安装滚刀芯轴及顶尖的精度，保证滚刀的轴台精度，内孔与轴台外圆端面是滚刀安装基准，决定滚刀的制造与使用精度。将滚刀安装在1:20000锥度芯轴或液压芯轴上，在精密的数控外圆磨上磨制滚刀轴台外圆、端面，控制轴台端面达到端跳0.002mm，径跳0.003mm的形位公差精度。

(6)应用数控万能工具磨螺纹；将滚刀安装在精密的锥度芯轴或液压芯轴上，用金刚石滚轮修整金刚石砂轮齿形，在数控万能工具磨床上粗磨滚刀螺纹齿形。

(7)将滚刀安装在锥度芯轴或液压芯轴上，在数控万能工具磨床上，利用用金刚石滚轮修整的金刚石砂轮的平面或锥面对滚刀容屑槽及前刃面进行镜面磨削，以获得符合要求的前刃面。将安装在锥度芯轴或液压芯轴的滚刀置于数控万能工具磨床顶尖上，采用先使用d64金刚石砂轮磨，再采用d25金刚石砂轮磨来完成滚刀容屑槽和前刃面的镜面磨削，所述金刚石砂轮均由金刚石滚轮进行体外修整和体内精修成形，并且对切削用量进行控制，由此控制前刃面表面粗糙度达ra0.25以上，前刃面与后刃面构成滚刀的坚韧的切削刃，前刃面越光滑，在齿轮加工过程中越不易崩刃，使用寿命越长。

(8)将滚刀安装在精密的锥度芯轴或液压芯轴上，选用利用金刚石滚轮进行体外修整和体内精修成形的金刚石砂轮，在数控滚刀磨床上铲磨齿形或在超精智能工具磨床用型线法点磨齿形，保证齿形精度并生成后角与前刃面形成切削刃。具体地，将滚刀精密安装在1:20000的锥度芯轴或液压芯轴上，选用安装在hsk刀柄的砂轮杆上的d64金刚石砂轮体外修整与体内多次修整成形，当模数m＞0.1时，在数控滚刀磨床上铲磨齿形，当模数m≤0.1时，在工具磨床上用型线法点磨齿形，保证齿形并生成后角与前刃面形成切削刃。更优地，在数控滚刀磨床上采用精密的芯轴装夹系统夹住滚刀进行铲磨或型线法点磨。

(9)采用低温技术进行材料定型处理并采用油时效回火处理去除磨削应力。滚刀成型加工之后，将滚刀置入液氮冷却低温箱内进行低温时效处理以定型材料内部组织保证尺寸的稳定性，并在生产过程中根据需要将滚刀置于油炉中保温一定时间以去除磨削过程中产生的表面应力来减少磨削变形，提高加工精度；具体地，将滚刀置于液氮冷却-185℃以下的低温炉内进行低温处理，在生产过程中根据需要将滚刀置于150℃-160℃油炉中保温12小时以去除磨削过程中产生的表面应力来减少磨削变形和提高加工精度。

(10)应用克林贝格滚刀数控检测仪和卓勒智能光学刀具检测中心对滚刀参数进行检测；按德标din3968和国标jb/t2494-2006、jb/t7456-2006以及日本标准等相关等级输入滚刀的参数及技术指标进行检测，全面评估滚刀的制造精度等级。具体地，克林贝格滚刀数控检测仪检测的项目包括滚刀的齿形、齿向、齿距、螺旋线、前刃面径向性与轴线平行性、齿厚；卓勒智能光学刀具检测中心检测的项目包括修缘、修形、触角齿形、齿底圆弧。具体地：将滚刀正确安装在精密的芯轴上置于克林贝格滚刀数控检测仪两顶尖之间并将3d测头放在欲测部位，由3d测头进行滚刀的齿形、齿向、齿距、螺旋线、前刃面径向性与轴线平行性、齿厚等参数检测，修缘、修形、触角齿形、齿底圆弧等均在卓勒智能光学刀具检测中心检测。本发明控制各参数在当代最先进数控智能的克林贝格p26c滚刀数控检测仪上检，可靠正确，信誉度高，其修缘、修形齿形、齿底圆弧r及齿顶圆弧的特征必须在卓勒g3型智能光学刀具检测中心上检，使得其质量得以保证，为行业确认，为实践所证实。

(11)对滚刀齿形表面进行涂层并进行检测。采用巴尔查斯涂层：将滚刀进行涂前处理后放进涂层炉内按涂层操作工艺规程涂层，涂层厚度为2～3μ，之后用检测仪器检测，检测项目包括涂层的粘结力、厚度、刃口饨化圆弧、表面质量、硬度。超精微硬质合金小模数滚刀工艺最后一道工序是涂层，涂层质量涉及滚刀的生命力，因为超精微的硬质合金滚刀，结构微小、齿形小、强度差，极易崩刃，为了增加表面硬度、减少表面磨擦系数、增加刀具耐用度、韧度，故选择将滚刀进行涂前处理后放进涂层炉内按涂层操作工艺规程涂层，发明人经研究发现采用巴尔查斯涂层是较好的路径。之后用检测仪器必须检测涂层的粘结力、厚度、刃口饨化圆弧、表面质量、硬度等重要参数。

当生产超精微小模数滚刀的模数m≤0.1时，齿底圆弧≤r0.1时，步骤(8)中，控制在超精密的智能型工具磨床上用优质的金刚石砂轮及超精密金刚石滚轮先体外后体内修整用型线法去点磨以获得如意齿形，甚至在齿形、齿底圆弧在r0.05～r0.1并能得到合理的后角，取得满意的切削性能。

特别地，当所生产的超精微硬质合金小模数滚刀如附图7中所示为杆式湿切型、杆式刮削型干切型时，即不需要生产内孔时，就取消步骤(2)-步骤(4)，按杆形滚刀结构要求适当增加相应步骤，其余步骤相同。

本发明的超精微硬质合金小模数滚刀的制造工艺，基于现代硬质合金坯料制造技术和超精密的数控智能型磨削工艺，再结合工厂长期生产经验与技术沉积，最终选择出了具有国际先进水平、科学的工艺流程和合理的工艺参数，制得的滚刀具有齿形精度高、形位公差小、精度保持性好、耐用度高、韧度好、寿命长等优点，用于齿轮加工时加工过程绿色环保，可广泛用于加工微型齿轮、蜗轮、谐波轮、摆线轮等，为开发微形的变速箱和微型传动系统奠定基础，为当代机械行业间迈入细微世界打开大门；本发明的工艺还具有以下突出优点：

1.滚刀的硬质合金坯料成形快效率高备料周期短，质量有保证；

2.滚刀基体的内孔、轴台超精密一般在0.002～0.003mm以内，优良基准保证了后续工序的加工精度和客户使用效果，以至于能生产出模数低至0.08的超微硬质合金小模数滚刀；

3.以粗精珩磨代替了磨内孔工序，提高了合格率，减少了废品，降低了成本；

4.滚刀的低温、油时效、涂层三大工艺措施有效保证了滚刀体的内在质量，提高了滚刀的耐用度和寿命；

5.高端的装备和体外粗修体内精修金刚石砂轮有效保证了滚刀的齿形精度，提高齿轮传动与变速的效能和齿轮的加工成本，与高精度内孔配合，以至于能生产出模数低至0.08的超微硬质合金小模数滚刀，成为深受客户欢迎的高端的品牌产品。

本发明的超精微硬质合金小模数滚刀，内孔是基准，与其配合的芯轴是关键，努力实现芯轴零跳动是我厂努力方向，优质金刚石砂轮是实现高效铲磨、点磨、获得最佳齿形与后角的关键。

滚刀精度稳定在aa级水平以上，采用精密检测仪器才能获得正确可靠的质量信息，正确使用合格的克林贝格滚刀数控检测仪和卓勒光学刀具检测中心是当前信誉度较高仪器，是质量的伴侣。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。