拉削缺陷分析及优化措施

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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。
3 y. g7 ]: z* F, d$ A常见缺陷及影响因素
9 z* ?. \% M) t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。

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
% C' C# a! U/ v: n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
! E' k; h; M6 C+ M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
. S; x$ N1 e( `2 T% c" {9 t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）。
9 L- W5 O/ J1 B2 N+ q  `. ?* J& K: [7 e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。
" L+ R. d% Z$ h! |# {# x4 e( {2. 刀具非正常磨损的原因及分析
$ q& F& n6 r8 J7 `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。
7 s( O* k: E& r+ F（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。
* y# u/ Q% l& ?- e0 E' {6 [' V（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。
. \# `- e# i0 L, ^0 v+ l（3）齿升量不均的影响
; Y% T9 e) f" e5 I6 {+ z7 W6 n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。
  G% @$ [. o8 V3 ]3 ~. _; ~3 d# K（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
0 \5 ~& M( a) E+ t& k* ~# v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。
; x  u3 x! b1 E7 H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。

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。
文章关键词： 拉削 刀具