拉刀容屑槽的设计与刃磨

拉刀容屑槽的设计与刃磨

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简介：拉刀容屑槽是用来形成刀齿的前面以及容纳所切下的切屑。在加工韧性金属时，通常采用如图1所示齿背为曲线的槽形，它由两段圆弧组成，槽底和齿背连接平滑，切屑容易卷曲成紧密屑卷，且可在不减少齿背宽度和拉刀重磨次数的情况下增大槽的容屑空间。我们在实践中发现，同样采用齿背为曲线的槽形，如果设计容屑槽的参数不同，效果就不一样，尤其是拉刀前刀面的直线段

关键字：刀具夹具

拉刀容屑槽是用来形成刀齿的前面以及容纳所切下的切屑。在加工韧性金属时，通常采用如图1所示齿背为曲线的槽形，它由两段圆弧组成，槽底和齿背连接平滑，切屑容易卷曲成紧密屑卷，且可在不减少齿背宽度和拉刀重磨次数的情况下增大槽的容屑空间。

我们在实践中发现，同样采用齿背为曲线的槽形，如果设计容屑槽的参数不同，效果就不一样，尤其是拉刀前刀面的直线段长度和前刀面圆弧半径r对拉刀的影响最大。当容屑槽参数取得较合理时，切屑卷缩成如图2所示的在齿背方向稍有伸长的螺旋屑卷，拉力较小，切屑容易从拉刀刃口脱落，工件表面质量提高，刀具耐用度也较高。如果容屑槽参数不合理，则工件表面质量不好，刀具不耐用，尤其当前刀面圆弧半径r过小，拉刀

前刀面的直线段长度过长时，很难形成圆形的卷屑，形成的切屑较厚且短而硬，切屑顶在齿背上不正常地塞满在容屑槽中(见图3),紧贴前刀面。此时拉削表面质量较差，拉刀上的切屑极难清理，

甚至使拉刀刀齿折断。

标准的容屑槽以r=0.5h 来确定前刀面圆弧半

径，我们发现按r=(0.6～0.65)h 来确定前刀面

圆弧半径对拉削质量和拉刀寿命更为有利。我

厂自制的拉刀，其容屑槽均严格按设计要求制

造，前刀面用球面磨削法磨削，拉削效果较理

想。而我厂用于加工尺寸为6D-54X46X9的内花

键拉刀，是由工具厂按我们的设计图纸制造。容屑槽设计尺寸为：t=10mm,R=7mm,r=2.9mm,g=3mm,h=4.5mm,此时前刀面直线段的设计长度只有0.75mm,我厂使用新拉刀进行第一次拉削时就发生了拉花健部分刀齿被折断的现象，我们对设计图纸进行了严格的检查分析，确认设计没有问题，又通过对未使用过的拉刀进行详细的检验，发现除拉刀前刀面圆弧半径r 外其余部分均符合设计要求，拉刀实际制造前刀面圆弧半径r=1.5mm ～1.9mm,前刀面直线段太长，究其原因是产生了如图3所示的情况而使刀齿被折断。为此，我们对未使用过的拉刀前刀面进行了修磨，为保证拉刀的使用寿命，一次修磨量为0.1mm ～0.2mm,第一次修磨后容屑槽如图4所示，使用效果十分理想。容屑槽的修磨我们采用拉刀前刀面的球面磨削法，其工作原理如图5所示：在D 砂为一定值时，拉刀磨床磨头轴线与拉刀轴线相交成β角，只要将砂轮δ角修成比β

角小，

图2

图3

图4

r砂修成与拉刀前刀面圆弧半长r一致。经刃磨就可获得拉刀前刀面呈网状磨纹的稳定的前角，保证图2所示符合我们设计要求的前刀面。

图5

拉刀崩刃和断裂的原因浅析

拉刀是昂贵的精密刀具,为降低加工成本提高生产率,应重视延长拉刀使用寿命。

拉削虽属容易操作的高效率方法,但是拉刀的设计、制造、刃磨、使用不当时,拉削可能产生种种缺陷,使拉削效果不佳,甚至造成废品或损坏拉刀。因此,拉削工作中必须掌握拉削规律,防止拉削缺陷产生, 或能迅速查出缺陷原因,采取措施予以解决。

1拉刀断裂的主要原因

1.1工件材料硬度过高或过

低工件硬度在180～210HB时,可加工性好,拉削后的表面质量也好。当工件硬度低于17 0HB或高于240 HB时,需先对工件进行调质处理,改善其可加工性。工件硬度过低,拉削时常出现堆屑,只要有一个齿被粘住,其他齿也相继粘住,从而导致拉刀断裂。工件硬度过高,切削力将增大,拉刀长期超负荷工作,会导致疲劳断裂。如果工件的材质不匀,夹有硬质点时,热处理后的硬度也不一致,拉削时横向负荷不平衡,拉刀会偏向软的一侧,造成断裂。拉削时,操作者可按切屑形状判断工件的可加工性。切屑如果是卷屑,表明可加工性良好;如果是堆屑,表明可加工性较差。

1.2拉刀的热处理

拉刀刀齿热处理硬度过高,有热处理裂纹或回火不足时,拉削时容易造成崩刃。拉刀热处理或冷加工时,校直方法运用不当、过重的敲击会造成应力集中,可能在使用或运输过程中断裂。

1.3拉刀设计参数不合理

(1)容屑系数不够。拉刀容屑系数小于所需值时,工件厚度大于拉刀允许的拉削长度时,容屑槽内常堵切屑,引起拉削力剧增,从而导致刀齿崩刃或拉刀断裂。

(2)根据工件材质选择合理前角。如果工件过软,拉刀前角要适当加大,以保证拉削质量;如果工件过硬,拉刀前角要选择小些;如果拉刀前角过大,拉削中容易造成刀齿崩刃。

( 3)拉刀后导部分:如果拉刀后导部分长度不够,拉削到最后几个齿时,拉刀因工件自重倾斜,使上下两部分刀齿切深不断增加,当其超负荷时,会造成拉刀崩刃或断裂。

(4)成组花键拉刀:成组花键拉刀的后几把拉刀,当花键形导向部分尺寸不当时,不能使导向部分顺利推入工件的花键槽时,此时如果强行拉削,拉刀容易崩刃或断裂。

(5)拉刀底径:花键拉刀底径过大,当拉刀底径参加切削时,也可造成拉刀断裂。

1.4拉刀刃磨得不好

刃磨拉刀时,应连续靠磨,以防刃口易因热应力产生磨削裂纹,导致拉削时崩刃;并应严格保持刀齿固有特点,

否则会影响拉刀的使用。特别要保证拉刀原始的容屑槽深度和形状;拉刀容屑槽槽形不正确,例如前刀面直线部分过长,或槽形不圆滑,有凸台,影响切屑的顺利卷曲、产生不易清除的粘屑、容屑槽堵塞,不易排屑,最后导致拉刀的崩刃或断裂。

此外,还应控制好拉刀上所有接触工件部分的粗糙度,粗糙的排屑槽会增加切屑卷曲排出的阻力。刀刃表面粗糙度值越低、拉刀的寿命也就越长。拉削后,切屑清除若不干净,再拉削时切屑堵塞容屑槽会导致拉刀断裂。如果拉刀已过度磨损而不送去修磨还在继续使用时, 会使拉削力急剧增大,导致拉刀断裂。

1.5工件的尺寸和形位精度不够

拉削前,工件的孔必须有一定的几何精度。由于拉刀和工件定位不良(如果工件预制孔和工件基准端面不垂直,基准端面与夹具支承面间夹有碎切屑,以及拉刀发生下垂等原因)而引起拉刀在拉削中歪斜时,会使刀齿上的负荷不均匀,而且工件进刀侧和出刀侧的负荷情况相反,拉刀受到很大的弯矩,从而引起拉刀折断。当工件预制孔过小,而拉刀前导部分被强行送入拉削时,易使拉刀被挤住而断裂。

1.6拉削速度过高引起的断裂

拉削速度过高,会加速拉刀刀齿的磨损,使拉刀耐用度降低。内表面拉削时,由于拉削系统刚性差,若拉削速度过高,会使刀齿受到大的冲击,导致刀齿发生不正常的损伤(如崩齿、剥落等)最后导致拉刀断裂。

1.7拉刀制造缺陷

拉刀制造过程中,若齿升量不均匀、个别刀齿的齿升量过大时,它将受到很大的切削力,并在容屑槽内堵塞切屑,从而造成刀齿崩刃。

1.8 其他原因引起的拉刀断裂

(1)如切削液不充足;

(2)拉刀刀齿刃部宽度小于刀齿后部宽度,形成锲形,拉削时刀齿的两侧面受力,形成挤压,而使拉刀断裂;

(3)使用弯曲较大的拉刀拉削时,引起很大的侧向力,拉刀在弯曲大的部位引起折断,或因第1～2个切削齿崩刃而折断拉刀;

( 4)由于刚性差、功率不足、工件定位不良引起拉削中的振动,甚至出现较大冲动时,会使拉刀的动力负荷剧增,因而引起崩刃或断裂;

(5)后托架与拉刀夹头不等高,托刀架与工件孔不同心, 拉削时对拉刀形成过大弯矩,可将拉刀折断。除上述原因之外,一些偶然因素(如拉刀与其他硬物相碰、保管和运输中受到意外的撞击等),也都可能引起拉刀损坏。

从实际生产中拉刀断裂的情况来看, 纯因疲劳强度而断裂的情况很少发生;多数是因单齿扳掉而致拉刀断裂。因此,操作者必须仔细观察拉刀的使用情况,如果听到刀齿崩断的声音就应立即停车,若停车不及时拉刀就会断裂。在拉削过程中,如果发现拉刀崩刃或断裂时,应该分析崩刃或断裂的原因,尽量及时采取措施。

为了避免拉刀崩刃和断裂,应从拉刀设计和材料的检验开始,直至制造、运输、保管,尤其是使用的各个环节,均予以充分注意。拉削中造成崩刃和断裂原因很多,刀齿崩刃是拉刀断裂的常见原因;因为一个刀齿崩刃后,其碎片会使后齿连续损坏,从而拉刀断裂。

2拉削工艺注意事项

2.1拉削前对工件的工艺要求

(1)对工件预制孔的工艺要求;

(2)对工件基准断面的工艺要求;