插齿刀制造技术研究

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摘要:本文主要针对硬质合金插齿刀插削硬齿面齿轮时容易崩刃，故采用负前角，但针对以前的锥前刀面法和代圆弧法存在一定的缺陷，所以需研制一种新型的负前角加工方法，此方法沿刃形按渐开线倒棱。此处主要通过建模及有限元分它的最大受力点及对一些参数的优化，为以后进一步研究插齿刀打下基础。

关键词:负倒棱插齿刀；有限元分析；参数优化

1插齿刀研究的现状

随着硬齿面齿轮的广泛应用，其加工精度成为齿轮加工技术发展的重点，现在齿轮的加工方法多采用切削法，即利用齿轮之间的啮合原理实现的，其中插齿刀在齿轮制造业中占有非常重要的作用。随着机械行业的发展，插齿生产的效率和精度都在逐渐提高，所以研制高精度、高速、抗冲击的插齿刀是目前发展的趋势，本文主要针对硬质合金插齿刀插削硬齿面齿轮时容易崩刃，故采用负前角，但针对以前的锥前刀面法和代圆弧法存在一定的缺陷，所以需研制一种新型的负前角加工方法，此方法沿刃形按渐开线倒棱。其特征在于：在零度前刀面上，沿齿形侧刃法向方向制出均匀的负倒棱，且负倒棱角度的大小根据加工条件进行优选，其优点是抗冲击强度明显提高，可以消除原理误差，而且效率高、精度高、柔性好。

2负倒棱插齿刀理论及实体建模

渐开线法向负倒棱硬质合金插齿刀，是沿切削刃方向磨出均匀倒棱，它是由硬质合金刀片和刀体两部分组成，建立模型时，首先利用渐开线参数方程描出渐开线上的点，将点连成一条平滑曲线，镜像得到一个齿的齿廓形状，然后看插齿刀需要几个齿，均布即可得到平面结构，最后在插齿刀的轴向拉伸就可得到其实体模型，建立的实体模型如下图1所示。

3有限元分析

首先建立模型，划分网格，施加应力，分析，得到如图2所示的结果，从图上可以看出，红色的位置是应力最大的位置，也就是前刀面紧靠切削层的上部，即插齿刀切出工件时最大，容易发生脆性崩刃，原因有两个，一是由于切出时切削层变窄，后角使得刀尖的支承条件，二是切出时前刀面的快速冷却，使得热拉应力变大。所以要保证最大拉应力不超过σmax，以此作为评价插齿刀的强度指标。

4参数优化

4.1倒棱宽度对插齿刀强度的影响

固定一些因素，只考虑倒棱宽度对插齿刀强度的影响，改变倒棱宽度，可以得到一组最大应力的数值，其中R为倒棱宽度与切削厚度的比值，绘制成曲线如图3所示，从图中可以看出，宽度比在3到5之间最大拉应力几乎不变，但低于3以后，随着宽度的减小，最大拉应力增加，宽度比为1.2时的最大拉应力是宽度比为5时的1.5倍左右。其中前5后6，切削速度6m/min，切削深度0.05mm，工件硬度为60HRC。

4.2刀具角度对插齿刀强度的影响

硬齿面插齿刀负前角角度比较固定，一般为5°到10°之间，下面分析一下后角的变化对插齿刀应力的影响，后角度数分别取4、6、8，绘制出的曲线如图4所示，紫色的后角取为8时，整体高于绿色的，即后角取为6时的曲线，在负前角为3时，所有的后角取值应力达到最大值，在大于3时，应力急剧降低，最低点也就是应力最小的点为负前角为8，后角为6时，即可得到倒棱插齿刀的最小应力值300MPa左右。

5结论

本文首先建立了倒棱面插齿刀实体模型，利用有限元对其最大受力点进行了分析，然后对插齿刀的一些参数进行了优化，为以后研究相关内容打下基础。

参考文献

[1]咸辉.新构型硬质合金插齿刀有限元分析及插削实验研究[D].长春：长春理工大学，2010.

[2]陆永贵.新构型法硬齿面插齿刀的研究[D].长春：长春光机学院机电工程系，1999.

作者:董瑞红 孟晓烨 王丽 单位:包头职业技术学院