拉削缺陷分析及优化措施

lfjliu008

拉削缺陷分析及优化措施
; _3 k$ g7 ~8 k9 j( F
) Z& L7 t. J2 P) n& |; O8 K! K

作者：綦江齿轮传动有限公司 朱丽娜
7 O4 u, ^( k6 c+ a5 C
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。

" I' ^9 v( p+ M6 U7 R: E: |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。
, ~) ~9 F: s+ i6 r4 D' m# a# }) N" h
5 k0 p% |8 H. I. v8 r. |8 x! X8 p常见缺陷及影响因素
# i+ Q  w6 m# W# \
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。

http://img.newmaker.com/nmsc/u/2009/20098/art_img/2009851895768647.jpg
图1 常见的拉削缺陷

3 ~  e! g0 A2 A! m; \0 ~
* d$ W; z1 ~1 J, A- ^
* X, @& Y) f# W# d5 [. Q  p1. 拉削时产品表面产生局部划痕或啃伤的主要原因及分析

* d8 t4 ^( G4 I( g（1）切削齿升量过大

" F2 z  u9 M9 ?/ r2 c, F# R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。
. t$ k( L0 d' }% u# H
（2）齿升量不均匀
/ a3 v5 {- v6 s# W' r5 r
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。

* l1 S) J  P+ Y7 Q  T9 M+ C2 N  A（3）容屑槽形状不正确
! X3 R5 A7 ~, H) A
3 E0 |- o" Q3 Z5 w0 ], E" m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。
5 ~' J' X/ e$ y
/ U  I4 m( N( ?: x' V（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。

# a" p5 q- C, T% o( r) ?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。
& E' V; R; F* [: {( i  l0 i2 c
2. 刀具非正常磨损的原因及分析
0 ?1 w' _( q  H9 N( ?4 R* h3 y9 J. T
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。
( G- N4 N# w7 g2 N2 C$ t% n
（1）刀齿硬度不够的影响
- v; v1 P" J" m7 t3 ^1 m! X
" q+ Q7 V1 J  F5 ^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。
, C# }8 i8 b% R, N
（2）刀齿刃磨后退火的影响
" q5 h5 b% P' A: x0 a, @3 Q
1 E* l4 f; F- z1 q  ?/ l5 O2 L# y9 t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
) W% d9 D7 N, m. c6 r: G
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。
) K+ N  t+ o: b* V/ d
（5）操作不慎，碰缺刀刃

6 m/ H* N( {# j+ C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
- n  r' O5 X+ S  A7 [5 n
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。
3 U2 J: t- N% O. ]
$ x8 N, Y7 B% j+ y! \0 f拉刀优化设计及改进效果

7 n' n1 D" o7 h# \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。

+ f8 v# }: x( W

http://img.newmaker.com/nmsc/u/2009/20098/art_img/20098518105663835.jpg
图2 拉削效果得到明显改善

: G, `1 [- ?4 _8 H, `- h, I5 \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)
3 t" d2 U% D: F1 U7 h0 C' b, G
6 d6 p5 A& c' V