淺析漸開(kāi)線花鍵拉刀的使用與刃磨

王學(xué)蓮

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

汽車(chē)變速箱中的部分齒輪零件，同步器類(lèi)齒座、齒套、錐環(huán)零件的內(nèi)漸開(kāi)線花鍵都采用拉削工藝進(jìn)行加工，所以如何使用拉刀，如何進(jìn)行刃磨成為日常工作的重點(diǎn)，必須保證正確使用和刃磨，才能保證拉刀的壽命和零件的質(zhì)量。

1 拉刀的正確使用

首先要檢查被加工零件的齒坯是否合格：零件的材料和硬度是否符合圖紙要求；零件的拉前孔徑尺寸是否符合工藝要求；定位基準(zhǔn)端面對(duì)拉前孔徑的跳動(dòng)量是否合格；所選的定位基準(zhǔn)端面是否合理。

1）所使用拉床的運(yùn)行情況。拉削前可以空運(yùn)行幾次，檢查一下拉刀運(yùn)行是否平穩(wěn)，是否有爬行現(xiàn)象，上下卡頭是否同心，冷卻是否正常。

2）選擇合適的拉削速度。拉削速度的選擇要受到以下因素的影響：零件材質(zhì)（工件材質(zhì)硬，拉削速度取小值；工件材質(zhì)軟，拉削速度取大值）、工件拉削長(zhǎng)度（拉削長(zhǎng)度大，拉削速度取小值；拉削長(zhǎng)度小，拉削速度取大值）、拉刀材質(zhì)（拉刀材料M2、M2Al，拉削速度取小值；拉刀材料 M42，拉削速度取大值）、拉刀涂層（無(wú)涂層拉刀拉削速度取小值；有涂層拉刀拉削速度取大值）。

另外，如果拉床剛性差時(shí)，則拉削速度不宜太高；對(duì)于同步器零件拉刀，拉削速度一般取2～5m／min。

3）選擇合適的切削液。切削液在拉刀拉削時(shí)起到很大的作用，它不僅要冷卻和潤(rùn)滑零件，沖洗鐵屑；還能減小零件與拉刀之間的摩擦力，減小拉刀磨損。

切削液通常有兩種：一種是乳化液，另一種是切削油。

乳化液是乳化油用水稀釋而成，濃度在12%～15%最適合拉削加工，由于含有大量的水，所以具有良好的冷卻性，當(dāng)要求加工粗糙度精度高時(shí)，可適當(dāng)增加乳化油的含量至20%～25%，也可以加入一定的極壓添加劑（氯化物、磷化物、硫化物）。乳化液適用于碳素鋼、合金鋼、不銹鋼和鑄鐵。也適用于銅、鋁及其合金。

切削油，包括礦物油（10號(hào)～20號(hào)機(jī)油、輕質(zhì)柴油、煤油）和硫化油。礦物油一般要加入極壓添加劑。礦物油適用于銅、鋁及其合金，硫化油適用于碳素鋼、合金鋼、不銹鋼。

切削液的冷卻性和潤(rùn)滑性是對(duì)立的，冷卻性好的切削液潤(rùn)滑性較差，潤(rùn)滑性好的切削液冷卻性較差。所以選擇切削液時(shí)要根據(jù)工件材質(zhì)、工件結(jié)構(gòu)、拉刀材質(zhì)、切削速度、加工質(zhì)量仔細(xì)分析，判斷是冷卻性重要還是潤(rùn)滑性重要，進(jìn)而選擇對(duì)應(yīng)的切削液。

4）用銅刷進(jìn)行清除。拉削過(guò)程中時(shí)，在拉削每件零件前都要檢查拉刀容屑槽中是否有殘留鐵屑，并用銅刷進(jìn)行清除。

5）制定強(qiáng)制性刃磨拉刀標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)針對(duì)不同類(lèi)零件不同的拉刀制定強(qiáng)制性刃磨標(biāo)準(zhǔn)，如果拉刀磨鈍，則應(yīng)按照要求及時(shí)刃磨，切忌過(guò)度使用。

日常拉削過(guò)程中，如果有被拉削零件表面粗糙度變差，達(dá)不到工藝要求，或者花鍵齒面有拉傷；零件的大徑、小徑、跨棒距超差；拉刀后刀面磨損超過(guò)0.2mm；拉刀拉削時(shí)出現(xiàn)聲音異常或拉力明顯增加；拉刀產(chǎn)生意外崩齒情況出現(xiàn)，則把應(yīng)對(duì)拉刀進(jìn)行刃磨。

6）合理存放拉刀。拉刀不用時(shí)，應(yīng)吊裝或直立存放，以防止拉刀彎曲變形，并且應(yīng)作防銹處理，避免拉刀銹蝕［1］。

2 拉刀的刃磨

2.1 刃磨前的狀況分析

1）刃磨前應(yīng)仔細(xì)檢查，看拉刀是否有崩齒、磕刃或過(guò)度磨損等現(xiàn)象。如果有崩齒或磕刃，則不僅要刃磨前刃面，還要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)拉刀齒升量進(jìn)行調(diào)整重排。

2）刃磨前檢查拉刀是否彎曲，根據(jù)拉刀長(zhǎng)度L與直徑D的比值，檢查拉刀外圓的徑向圓跳動(dòng)（見(jiàn)表1）。如果不符合表1中數(shù)值，則應(yīng)對(duì)拉刀進(jìn)行校直。

表1 拉刀長(zhǎng)度L與直徑D的比值與徑向圓跳動(dòng)關(guān)系

如果拉刀在彎曲狀態(tài)下刃磨，則圓周刃各點(diǎn)的前角就會(huì)不同，那么拉刀拉削零件時(shí)各點(diǎn)的切削力也不一樣，容易造成拉偏現(xiàn)象。

2.2 砂輪的選擇

拉刀刃磨時(shí)，一般在專(zhuān)用磨床上進(jìn)行，如M6110型拉刀刃磨機(jī)床，對(duì)于較為短小的拉刀，也可在萬(wàn)能工具磨床用碟形砂輪沿前刀面進(jìn)行刃磨。

1）漸開(kāi)線花鍵拉刀的刃磨一般選用碟形或碗形砂輪，刃磨拉刀前刀面時(shí)應(yīng)保持拉刀設(shè)計(jì)前角不變和達(dá)到預(yù)定的表面質(zhì)量要求。

2）磨料。一般選取WA（白剛玉），也可用PA（鉻剛玉）或SA單晶剛玉，數(shù)控拉刀刃磨床，可用CBN砂輪。

3）砂輪直徑的選擇取決于拉刀直徑、前角和磨削方法。

4）砂輪速度Vs＝25～35m／s，拉刀速度VL＝（1／100～1／150）Vs＝10～15m／min。

拉刀和砂輪旋轉(zhuǎn)方向相反。

2.3 磨削方法［2］

1）錐面磨削法。以砂輪的錐面和刀齒前刃面相切（見(jiàn)圖1）。

圖1 錐面磨削法

此時(shí)砂輪直徑：

式中：dm為砂輪直徑；d′0為拉刀第一齒的直徑；β為砂輪軸線和拉刀軸線的夾角；γ：拉刀前角。

2）圓周磨削法。砂輪錐面的母線與刀齒前刃面成5°～15°夾角（見(jiàn)圖2）。

圖2 圓周磨削法

此時(shí)砂輪直徑：

式中：K為計(jì)算系數(shù)（見(jiàn)下頁(yè)表1）。

2.4 兩種磨削方法比較

1）錐面磨削法優(yōu)點(diǎn)：調(diào)整簡(jiǎn)便，易于保證前角。缺點(diǎn)：砂輪與拉刀前刃面線接觸，磨削熱大，易產(chǎn)生燒傷；磨削效率低；刃口不易磨鋒利；拉刀直徑小時(shí)，砂輪直徑受限。

2）圓周磨削法優(yōu)點(diǎn)：砂輪與拉刀前刃面點(diǎn)接觸，磨削熱小，不易產(chǎn)生燒傷；磨削效率高；砂輪自銳性好，刃口易鋒利；可以采用較大的砂輪直徑。缺點(diǎn)：調(diào)整復(fù)雜；前角數(shù)值不易控制。

表1 計(jì)算系數(shù)K值

2.5 磨削時(shí)的一些注意事項(xiàng)

1）要保持拉刀軸線和砂輪軸線在同一平面上。

2）磨削采用無(wú)火花或微火花，以防磨糊，磨削進(jìn)給量控制在0.005～0.010mm／次。

3）磨削時(shí)要保證各齒磨削量相等，防止齒升量異常變化。

4）磨削時(shí)，要保持容屑槽形狀、溝深和前角不變，溝底圓滑過(guò)渡。

5）磨削后要保證拉刀大、小徑和齒面粗糙度良好。粗糙度低，拉刀會(huì)急劇磨損，加工工件表面質(zhì)量也會(huì)達(dá)不到要求。

6）要及時(shí)清除磨削產(chǎn)生的毛刺，否則會(huì)引起工件尺寸變化和工件表面粗糙度差。

3 拉削缺陷及解決方法

3.1 被拉削零件表面粗糙度差

拉削表面粗糙度差主要表現(xiàn)為鱗刺、劃痕和環(huán)狀波紋三個(gè)方面。

1）鱗刺。在零件拉削表面的出口處出現(xiàn)的鱗片狀毛刺，見(jiàn)圖3。

圖3 鱗刺

在拉削過(guò)程中，由于摩擦力的變化使得切屑在拉刀刃口做周期性的停留，代替切削刃推擠被切削層，使已加工表面產(chǎn)生應(yīng)力而被擠裂，然后切削刃擦過(guò)這部分金屬繼續(xù)切削，從而在已加工表面上留下鱗片，鱗片的朝向與拉刀運(yùn)動(dòng)方向相反。

引起鱗刺的因素及消除方法：拉削速度（速度越大，鱗刺的高度也越大，降低速度，可以抑制鱗刺的產(chǎn)生）、拉刀齒升量（在相同的切削條件下，齒升量越大，鱗刺的高度也越大，因此可以通過(guò)減小拉刀齒升量，從而減少或消除鱗刺。）、

拉刀前角（鱗刺的高度隨拉刀前角的增大而減小，因此可適當(dāng)通過(guò)刃磨拉刀，增大拉刀前角，從而減少或消除鱗刺。）、工件材料的硬度（工件材料越軟越容易產(chǎn)生鱗刺，所以在拉削前應(yīng)盡可能地對(duì)工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火，提高工件硬度（在合理范圍內(nèi)））、切削液（潤(rùn)滑性能好的切削液能擬制鱗刺的生長(zhǎng)，降低鱗刺高度，所以有鱗刺產(chǎn)生時(shí)，可采用潤(rùn)滑性能好的機(jī)油、硫化油。）。

2）劃痕。拉削表面的劃痕是由拉刀刃口上的積屑瘤引起的（見(jiàn)圖4）。

圖4 劃痕

拉削過(guò)程中，拉刀刃口出現(xiàn)積屑瘤后，便粘接或“焊接”在拉刀前后刀面上，代替切削刃進(jìn)行切削。由于積屑瘤不規(guī)則，拉削表面上也就出現(xiàn)不規(guī)則的痕跡。所以要消除劃痕，就得擬制積屑瘤的產(chǎn)生。

積屑瘤的生成因素及消除方法：拉削速度V＜2m／min時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，V 越大，積屑瘤高度越大。所以可以通過(guò)降低拉削速度，擬制積屑瘤的產(chǎn)生；拉刀齒升量越小、前角越大，積屑瘤越難生長(zhǎng)；工件材料硬度很低時(shí)，積屑瘤生長(zhǎng)迅速，拉削表面粗糙度很難提高，此時(shí)應(yīng)通過(guò)熱處理適當(dāng)提高工件硬度。

拉刀刃口表面光滑、同時(shí)防止刃口制造缺陷和損傷，使用潤(rùn)滑性能好的切削液時(shí)，積屑瘤不易生成；容屑槽太淺或有負(fù)后角現(xiàn)象，鐵屑卡在容屑槽內(nèi)起到切削作用，校準(zhǔn)齒不能消除掉拉削痕跡，就留下了劃痕，此時(shí)要重新開(kāi)容屑槽。

另外，在拉削零件的過(guò)程中，要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定期用手觸摸一下切削刃，當(dāng)感覺(jué)有積屑瘤產(chǎn)生時(shí)，要用細(xì)油石沿刀齒后刀面向前將積屑瘤輕輕抹去。

3）環(huán)狀波紋。在工件大徑或小徑上出現(xiàn)的相距一個(gè)齒距的環(huán)狀條紋（見(jiàn)圖5）。

圖5 環(huán)狀波紋

因?yàn)橥瑫r(shí)工作齒數(shù)n＝L／t經(jīng)常不是一個(gè)整數(shù)，而是變化的，從而引起拉削力和拉削速度的變化，同時(shí)由于拉床剛性、工件定位的穩(wěn)定性以及拉削中的振動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致環(huán)狀波紋。

消除方法：在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加同時(shí)工作齒數(shù)；必要時(shí)采取不等齒距；適當(dāng)增加前角，減小齒升量以降低切削力；刃磨拉刀時(shí)，拉刀刃口保持鋒利［3］。

3.2 被加工零件尺寸超出公差范圍

1）檢查拉刀尺寸是否超差或者拉刀是否彎曲，若是則需修復(fù)拉刀尺寸或校直拉刀。

2）由于拉刀材料和結(jié)構(gòu)的影響，在拉削徑向力的作用下、也會(huì)出現(xiàn)拉出工件的漸開(kāi)線花鍵M值、大小徑增大或減小的情況發(fā)生，這是由于材料的塑性變形所致，此時(shí)需要采取措施減小拉削力，如增大拉刀前角，采用好的切削油減少摩擦，在設(shè)計(jì)時(shí)減小齒升量。有時(shí)還需根據(jù)實(shí)際情況作切削試驗(yàn)，然后設(shè)計(jì)拉刀時(shí)有意地改變拉刀尺寸。

3）由于工件材料、特殊結(jié)構(gòu)、壁厚不一致等，導(dǎo)致拉出孔會(huì)出現(xiàn)內(nèi)形的畸變、喇叭口、腰鼓形、錐形等形狀，如圖6。此時(shí)一方面要采取擬制工件變形的措施，另外可以做熱處理實(shí)驗(yàn)，有時(shí)拉出的工件雖然在軸向尺寸不一致，但熱后尺寸會(huì)趨于一致。

圖6 拉出孔的各種形狀

4）新刃磨的拉刀加工工件經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)尺寸超大的現(xiàn)象，這是因?yàn)槿心ダ稌r(shí)，有微毛刺產(chǎn)生并附著在拉刀齒側(cè)面或齒頂刃，在切削過(guò)程中毛刺代替刃口起到了一定的切削作用，從而造成大小徑或齒槽寬偏大。所以拉刀刃磨后，應(yīng)對(duì)刃口毛刺進(jìn)行去除，或拉削幾個(gè)鑄鐵件，會(huì)消除刃口大部分毛刺。

5）隨著拉刀的使用，由于切削磨損，會(huì)出現(xiàn)工件尺寸變小的情況。在可能的情況下，在設(shè)計(jì)時(shí)要有意地加大拉刀尺寸，盡可能地延長(zhǎng)拉刀壽命。

6）檢查是否測(cè)量原因。比如用量棒漸開(kāi)線花鍵M值，如果量棒卡到大徑上、量棒太大卡在小徑上，或者因?yàn)辇X頂?shù)菇橇堪艉妄X面沒(méi)有切點(diǎn)，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。另外對(duì)于奇數(shù)齒花鍵，大小徑是沒(méi)法直接測(cè)量的，需借助相關(guān)檢具。

3.3 拉刀崩刃或斷裂

1）拉刀容屑系數(shù)不夠，容屑槽不能正常地容納所有鐵屑，會(huì)導(dǎo)致拉削力急劇增大，當(dāng)拉力超過(guò)拉刀強(qiáng)度時(shí)，拉刀就會(huì)斷裂。

2）刃磨后，容屑槽形狀不理想（見(jiàn)圖7），出現(xiàn)卡屑現(xiàn)象，導(dǎo)致工件拉毛，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使刃口崩刃。

圖7 刃磨后容屑槽形狀

3）由于每齒刃磨量不均勻，導(dǎo)致拉刀齒升量不均，切削量大的齒切下的鐵屑堵在容屑槽里，造成崩齒。

4）拉刀磨損后沒(méi)有及時(shí)刃磨而繼續(xù)使用，切削力會(huì)急劇增大，導(dǎo)致拉刀崩刃或斷裂。

5）拉床上下卡頭不同心，拉刀在切削時(shí)會(huì)承受過(guò)大的徑向力，導(dǎo)致拉刀斷裂。

6）拉床剛性不好，液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定，振動(dòng)大，會(huì)導(dǎo)致拉刀崩齒或折斷。

［1］ 葉偉昌.圓拉刀的正確使用［J］.金屬加工（冷加工），2012（2）：1.

［3］ 張智藝.工件拉削表面缺陷的原因分析及解決方法［J］.內(nèi)蒙古自治區(qū)：包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（2）：15.

［2］ 杭忠浩.拉刀的使用與刃磨（下）－拉刀的刃磨與檢驗(yàn)［J］.機(jī)械工藝師，1986（11）：20.