拉刀崩刃和斷裂的分析與應(yīng)對(duì)措施

李春元 李國明

摘? 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜對(duì)零部件的加工質(zhì)量要求極高，現(xiàn)今在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工中主要采用的是機(jī)械切削法對(duì)各零部件進(jìn)行加工。為滿足各種復(fù)雜零部件的加工要求，需要合理選擇加工工藝，尤其是對(duì)于加工刀具的選擇更是機(jī)械加工中的重點(diǎn)。拉刀是航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械加工中所使用的眾多刀具之一，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的材質(zhì)硬度較高對(duì)于刀具的磨損較大尤其是像拉刀這種屬于昂貴的精密刀具其在金屬切削的過程中如若處理不當(dāng)將容易導(dǎo)致拉刀出現(xiàn)崩刃和斷裂，拉刀出現(xiàn)上述問題時(shí)不僅容易影響加工效率同時(shí)容易產(chǎn)生零件質(zhì)量問題，增加了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工成本。本文在分析造成拉刀使用過程中出現(xiàn)崩刃和斷裂原因的基礎(chǔ)上，對(duì)如何采取有效措施避免拉刀出現(xiàn)崩刃和斷裂問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：拉刀;崩刃;斷裂;刃磨;參數(shù)

中圖分類號(hào)：TG715? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

拉刀是機(jī)械加工中的重要刀具之一，其主要用于成批和大量的圓孔、花鍵孔、鍵槽、榫槽、平面和表面成形的加工中。拉刀屬于較為昂貴的刀具，加之拉刀硬度較高如若在機(jī)械加工中未能合理控制好加工參數(shù)將極易導(dǎo)致出現(xiàn)崩刃和斷裂情況，致使零件出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問題。在拉刀的使用中應(yīng)當(dāng)采取有效措施，確保其得到合理的使用，避免崩刃和斷裂問題的產(chǎn)生。最大限度地發(fā)揮出拉刀的效能。

1 拉刀崩刃和斷裂的主要原因

1.1 加工零件材質(zhì)硬度超出拉刀加工的有效范圍

在使用拉刀進(jìn)行切削加工時(shí)，其所加工的零部件材質(zhì)硬度最好控制在180HB～210HB，當(dāng)零件硬度在這一區(qū)間范圍內(nèi)時(shí)，使用拉刀進(jìn)行加工不僅可加工性好且拉削加工后的零件表面質(zhì)量也較好。當(dāng)零件硬度超出這一區(qū)間范圍時(shí)，拉削加工時(shí)其可加工性將大幅降低，當(dāng)硬度過低時(shí)進(jìn)行拉削加工將容易出現(xiàn)堆屑，堆積在拉刀刃上的堆屑容易造成拉刀與零件相黏連而造成拉刀刀齒斷裂，當(dāng)加工零件材質(zhì)硬度過高時(shí)，將使得刀刃在長期的硬性接觸中產(chǎn)生疲勞斷裂。此外，如若所加工零件材質(zhì)硬度不均勻?qū)⑷菀讓?dǎo)致拉刀在使用過程中因受力不均而斷裂。因此在拉刀切削加工前，應(yīng)當(dāng)對(duì)所加工零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)用以改善零件的可加工性，從而避免拉刀崩刃斷裂。拉削加工時(shí)，可以通過拉削所產(chǎn)生的切屑形狀來對(duì)零件的可加工性進(jìn)行判斷，每個(gè)刀齒拉屑都呈卷狀則意味著加工性良好，反之則表明工件的可加工性較差。需要對(duì)刀齒角度進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或?qū)α慵崽幚砉に囘M(jìn)行檢驗(yàn)，以確保零件具有良好的可加工性。

1.2 拉刀熱處理存在缺陷

對(duì)拉刀進(jìn)行熱處理有助于增強(qiáng)拉刀刃的硬度，如若在拉刀淬火過程中導(dǎo)致使拉刀硬度過高或過低，需要重新進(jìn)行熱處理。而熱處理過程中出現(xiàn)彎曲變形過大或裂紋，則必須要對(duì)本批材料從新進(jìn)行碳化物偏析不大于三級(jí)的檢測，避免在使用中出現(xiàn)質(zhì)量問題。此外，在熱處理過程中不建議使用過重敲擊的校正方法，這將容易致使內(nèi)應(yīng)力在內(nèi)部積聚無法釋放，必須重新進(jìn)行人工時(shí)效，以免造成拉刀熱處理缺陷。

1.3 拉刀設(shè)計(jì)缺陷

拉刀在使用過程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合所加工零件的材質(zhì)合理設(shè)計(jì)拉刀的相關(guān)參數(shù)，如若拉刀容屑系數(shù)或齒距小，將容易造成拉削加工中切削屑的堆積進(jìn)而造成刃崩裂或斷裂。拉刀需要結(jié)合零件材質(zhì)合理設(shè)計(jì)前角和后角，前角和后角與零件材質(zhì)硬度成反比即工件軟需要增大拉刀前角和后角，反之亦然，對(duì)于圓拉刀的前、后導(dǎo)參數(shù)應(yīng)當(dāng)合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)與選擇，確保拉刀在使用中拉刀刃能夠與零件進(jìn)行合理的接觸。此外，對(duì)于成組花鍵拉刀的參數(shù)以及拉刀底徑需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與選擇，確保拉刀能夠最大限度地發(fā)揮其效能，避免拉刀崩刃或是斷裂。

1.4 拉刀刀刃刃磨缺陷

拉刀刀刃與零件進(jìn)行直接接觸，良好的刃磨質(zhì)量將使得拉刀刀刃重新鋒利，在與零件接觸時(shí)減少應(yīng)力的堆積，提高拉刀的工作效率和拉削加工的質(zhì)量。在對(duì)拉刀進(jìn)行刃磨時(shí)應(yīng)當(dāng)采取斷續(xù)靠磨的方式，避免刃口在磨削熱應(yīng)力下產(chǎn)生磨削裂紋或退火。此外，在拉刀修磨過程中需要對(duì)拉刀原始的容屑槽深度與形狀進(jìn)行嚴(yán)格控制，如若刃磨不到位致使拉刀容屑槽槽形不正確，會(huì)使拉刀在工作過程中的切削屑無法順利排出，致使切屑堆積在拉刀刀刃上造成黏屑、容屑槽堵塞等問題，并最終造成拉刀在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生崩刃或是斷裂。拉刀磨前后角的角度，刃磨不到位將使得刀刃的粗糙度過大，容易導(dǎo)致切屑無法沿著刀刃表面或是排屑槽順利的排出進(jìn)而造成切屑堆積在刀刃表面。在拉刀刀齒上要合理開通斷屑槽，可以減小應(yīng)力對(duì)拉刀的影響，提高拉刀使用周期。通過相關(guān)研究表明拉刀刀刃表面的粗糙度與拉刀的使用壽命呈反比，拉刀表面越光滑其使用壽命越長。拉削加工后如若拉刀表面的切屑未能及時(shí)清除干凈再次進(jìn)行拉削加工時(shí)，切屑將堆積并堵塞容屑槽進(jìn)而導(dǎo)致拉刀斷裂。在拉刀刀齒上要合理的開通斷屑槽，可以減小應(yīng)力對(duì)拉刀的影響，有效提高拉刀使用周期。在使用一段時(shí)間后需要對(duì)拉刀進(jìn)行修磨，以使得拉刀的各項(xiàng)參數(shù)能夠符合加工所需。如若強(qiáng)行繼續(xù)使用則會(huì)使得切屑急劇積聚在拉刀表面，并最終導(dǎo)致拉刀的斷裂。

1.5 零件尺寸或是形位精度超差

在使用拉刀進(jìn)行拉削加工時(shí)，其幾何精度要滿足所加工零件尺寸精度要求。如若拉刀和零件尺寸定位基準(zhǔn)不一致，將容易導(dǎo)致拉刀在使用中產(chǎn)生歪斜從而導(dǎo)致拉刀上各拉刀齒受力負(fù)荷不均。此外，拉刀工作時(shí)在零件的進(jìn)和出刀側(cè)的負(fù)荷情況相反致使拉刀將受到極大的彎矩，在多種應(yīng)力的作用下容易引起拉刀的斷裂。此外，圓拉刀應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)具有足夠的預(yù)制孔，如預(yù)制孔過小將致使拉刀前導(dǎo)部分受力過大進(jìn)而造成擠壓斷裂。

1.6 拉刀拉削速度過高

拉削加工時(shí)是拉刀與零件進(jìn)行硬接觸的過程，如若拉刀速度過快將加速拉刀的磨損，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致刀刃崩裂或斷裂。在進(jìn)行內(nèi)表面拉削時(shí)，由于拉削系統(tǒng)剛性較差，如采用較高的拉削速度將致使拉刀刀刃受到極大的沖擊，沖擊過大時(shí)將容易導(dǎo)致拉刀的斷裂。

1.7 其他因素造成的拉刀崩刃或是斷裂

拉削加工時(shí)應(yīng)當(dāng)合理地選取拉刀參數(shù)，如若拉刀參數(shù)選取不當(dāng)也容易導(dǎo)致拉刀刀齒斷裂。此外拉刀自身制造質(zhì)量與拉刀的使用壽命密切相關(guān)。除了上述因素外其他一些因素如切削液、拉刀剛性、拉刀材料選取等都是造成拉刀刀齒斷裂的重要因素之一。在拉刀的使用過程中應(yīng)當(dāng)采取積極的措施來提高拉刀的使用壽命。

2 拉刀在使用過程中的注意事項(xiàng)

2.1 做好拉削前的準(zhǔn)備

在拉削加工前做好對(duì)于零件粗加工保證拉削余量均勻、調(diào)整拉刀與零件的基準(zhǔn)位置。在拉削加工前確保零件的硬度在合理的區(qū)間范圍內(nèi)，保證拉刀具有良好的加工性。此外，應(yīng)做好拉刀排列位置的控制，調(diào)整好夾具的位置和間隙公差，確保拉刀具有良好的應(yīng)用性。

2.2 做好拉刀的重磨

拉刀在使用一段時(shí)間后需要對(duì)拉刀進(jìn)行重磨，用以恢復(fù)拉刀的切削能力。通過良好的修磨不僅能夠恢復(fù)拉刀的磨削能力同時(shí)能夠有效地增強(qiáng)拉刀的使用壽命。拉刀重新刃磨的過程中應(yīng)當(dāng)盡量保持拉刀原始的結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)拉刀刀刃有微小缺口時(shí)可以使用油石進(jìn)行修磨，修磨時(shí)油石的移動(dòng)方向要與拉刀工作方向相一致，避免往返移動(dòng)，磨削時(shí)要確保拉刀刀刃具有足夠的粗糙度避免應(yīng)力的集中。在完成了對(duì)于拉刀的刃磨后可以先進(jìn)行木材的拉削用以去除拉刀刀刃毛刺并拋光。在拉刀使用和修磨過程中，需要嚴(yán)格記錄次數(shù)，為拉刀安全使用周期積累數(shù)據(jù)。

結(jié)語

拉刀在機(jī)械加工中的應(yīng)用較廣，在使用過程中會(huì)因多種因素造成拉刀的崩刃或是刃齒斷裂進(jìn)而影響到拉刀使用壽命與效果。本文在分析拉刀結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上對(duì)造成拉刀斷裂、崩刃的因素進(jìn)行了分析，并就如何采取措施增強(qiáng)拉刀的使用壽命進(jìn)行了分析介紹。

參考文獻(xiàn)

[1]任仲偉，王炎南，王冬.螺旋錐齒輪加工刀片失效分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械，2015（5）：70-73.

[2]程慈齡.沖裁模具刃口磨損與模具壽命的分析[J].鍛壓技術(shù)，1990（2）：27-30.

[3]薛青萍.拉刀崩刃和斷裂的原因淺析[J].機(jī)械管理開發(fā)，2006（3）：28-29.