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拉削缺陷分析及优化措施
作者:綦江齿轮传动有限公司 朱丽娜
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铰刀/拉刀/切齿刀具展厅
铰刀, 拉刀, 滚刀, 插齿刀, ...
在批量生产中,“以拉代插”工艺已普遍应用于渐开线内花键的加工,但拉刀价格昂贵,故拉削质量的好坏、效率的高低和拉刀寿命的长短等,都直接影响到产品质量及生产成本。

变速器零件中,带内花键的零件多数是同步器零件,其材料为低碳合金钢,特点是硬度低,韧性高。坯件预处理采用等温正火工艺时,实际硬度在126~145HB之间。

常见缺陷及影响因素

生产中常出现的拉削缺陷(如图1)分为两种:一种是加工质量达不到要求,即加工表面局部产生划痕,严重时出现啃伤现象;另一种是拉刀的非正常磨损。以下对其进行详细分析。

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图1 常见的拉削缺陷

1. 拉削时产品表面产生局部划痕或啃伤的主要原因及分析

(1)切削齿升量过大

当拉刀齿升量过大时,因切屑较厚引起变形范围大,在切屑被剥离的部位,会产生较深的裂纹。由于厚切屑不易卷曲,因此常呈瓦块状卡在容屑槽内,极不容易去除,在拉下一件产品时,就会划伤已加工表面。如工件材料为20CrMnTi时,拉刀的齿升量取0.06,则拉削情况正常。而对含碳量低于0.2%低碳合金钢,当设计齿升量为0.06时,就会出现铁屑不卷曲,卡在容屑槽内的现象,使清理变得困难,影响了生产效率,提高了加工成本。

(2)齿升量不均匀

当拉刀刃磨得不好,使齿升大小不均匀时,会造成有的切屑太厚,有的太薄。切屑太厚,易在花键齿侧产生挤裂现象,而留下一道道的深沟(如图1-a),严重时甚至出现啃伤。

(3)容屑槽形状不正确

容屑槽是由一段直线与圆弧R光滑连接形成。当前角与R一定时,其直线段的长度也随之确定。容屑槽形状不正确时,直线段过短时切屑不易卷曲,过长或连接不够光滑时,则切屑不能顺利地卷曲,在容屑槽内产生不正常的挤轧,从而影响拉削表面的粗糙度。

(4)工件材料及坯件硬度

加工表面粗糙度与工件自身的材料有很密切的关系。硬脆材料比韧软材料拉削出来的光洁度要好些。韧软材料的工件,拉出来的表面比较粗糙,有时还出现被刀齿啃掉的凹坑,或在出口处带有很多切屑未脱落的毛刺飞边,最严重的是撕裂现象(如图1-b)。

含碳量低于0.2%及硬度低于160HB的合金钢,韧性很大,切屑容易粘附在刀刃上,切削时产生很大的摩擦,影响加工表面质量。

材料相同的工件,由于金相组织不同,其加工质量也有差别。晶粒大的,表面粗糙度较差。故对韧性大的工件,应在拉削前用热处理方法来提高硬度及改善金相组织,尽可能地满足拉削条件,提高拉削的经济性。

2. 刀具非正常磨损的原因及分析

拉刀的非正常磨损是指生产中刀齿非正常的快速磨损,对生产效率及加工成本影响很大。正常情况下,拉刀两次刃磨间一般可以拉削上千个零件。但生产中有时会遇到刃磨后只能拉几十个或更少的工件后,拉刀刃口就已严重磨损的情况。造成的因素主要为刀齿硬度不够、刀齿在刃磨时退火、齿升量不均匀、刀齿几何角度的影响以及操作不慎造成的碰缺刀刃等。

(1)刀齿硬度不够的影响

拉刀热处理后,刀齿硬度过低(≤60HRC),或刀齿局部存在软点时,都会使刀齿迅速磨损。

(2)刀齿刃磨后退火的影响

拉刀刃磨时,吃刀过大或磨削速度太快,使刀齿刃口部分因过热退火而降低了硬度,在拉削过程中会很快磨损。

(3)齿升量不均的影响

齿升大小不均匀时,齿升大的刀齿,由于切削时负荷较重,磨损也加快。

(4)刀齿几何角度的影响

拉削韧软材料时,应采用大前角,使切削刃锋利。拉花键时,由于齿高较大,金属材料经过切削后由于要恢复弹性变形,若侧后角太小,已加工表面将紧紧压在刀齿侧面上,产生很大的摩擦,即刀齿的两侧会挤坏花键两侧的加工表面,或划下沟痕,且拉刀刀齿也容易磨损。实际工作中,应仔细观察刀齿侧面上的摩擦痕迹,就能判断侧后角是否恰当。后角过小,加工面与后刀面之间会发生严重的摩擦,使刀齿迅速磨损,后角过大时,会降低刀齿的强度,因此反而加速磨损。

(5)操作不慎,碰缺刀刃

由于上下刀及搬运过程中操作不慎,拉刀刀齿与机床或其他硬物发生碰撞,使刀齿刃口碰缺后变钝,拉削中特别易磨损。针对上述原因,在拉刀设计、制造、工艺准备以及操作上采取相应的措施,即可使刀刃磨损正常。

拉削缺陷产生的原因

生产中出现拉削缺陷时,应对工件、切屑和拉刀进行检查。观察切屑卷曲是否正常,厚薄是否均匀,切屑背面是否光滑;检查工件硬度是否过低,金相组织是否正常;由于拉削是成型加工,拉刀刀齿与工件有相对应的关系,当工件出现齿面划伤时,可根据其位置的高低,大致判断出相对于拉刀上刀齿位置后,检查刀刃是否碰缺,顶刃是否有较大的白刃等,根据具体情况进行分析和判断,然后采取相应的解决措施。

拉刀优化设计及改进效果

拉削是属于成形加工,拉削质量及拉刀寿命与拉刀的设计参数密切相关。针对不同的工件材料及坯件状态,应设计相匹配的参数。因拉刀的设计参数互相制约,所以设计时应进行综合考虑。

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图2 拉削效果得到明显改善

根据拉削零件材料韧性大、硬度低的特点,针对我公司现场中经常出现的问题进行分析后,我们减小了拉刀的齿升量,增大了拉刀前角后,在刃磨正常的情况下,切削时卷屑顺利,基本解决了卡屑和粘刀问题。另外,通过提高拉刀硬度,切削效果也能得到明显改善(见图2),还能大大提高拉刀寿命。 (end)
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