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制造工艺与刀具拉刀
XX大学2012~2013学年秋季学期研究生课程考试
课程名称:
制造工艺及刀具课程编号:
论文题目:
拉刀的探索
研究生姓名:
学号:
论文评语:
成绩:
任课教师:
评阅日期:
拉刀的探索
摘要:
随着工业技术的发展,拉刀在工业制造中的作用也越来越重要;本文系统地介绍了拉刀的作用、类型以及拉削方式,与此同时介绍了拉刀在拉削过程中的所产生的缺陷类型,产生缺陷的原因以及各种缺陷的补救方式。
最后,简单地总结了发展拉刀的必要性。
关键字:
拉刀;拉削;拉削缺陷;缺陷补救
ExplorationofBroach
Abstract:
Withthedevelopmentofindustrytechnology,broachhasplayedanimportantroleinindustrialmanufacturing;Thispaperintroducethefunction,styleandbroachingwaysofbroachessystematically.Atthesametime,thetypesofdefects,thecausesofdefects,thewaysofdefectiveremediesareintroducedtoo.Attheendofthispaper,tosumup,thedevelopmentofbroachesisessential.
Keywords:
broach;broaching;broachingdefection;defectiveremedy
1拉刀
1.1拉刀的简介
拉刀(broach)就是在拉力作用下进行切削的拉削工具。
刀具表面上有多排刀齿,各排刀齿的尺寸和形状从切入端到切出端依次增加和变化。
当拉刀作拉削运动时,每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属,最终得到所要求的尺寸和形状。
拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等,生产率很高。
1.2拉刀类型
拉削加工按拉刀和拉床的结构可分为内表面拉削、外表面拉削等。
内表拉削多用于加工工件上贯通的圆孔、多边形也、花键孔、键槽及螺旋角较大的同螺纹等。
从受力状态又可分为拉削和推削。
外表面拉削是指用拉刀加工工件外表面。
拉刀常制成组合式。
拉刀的类型拉刀按所加工表面的不同,可分为内拉刀和外拉刀两类。
内拉刀用于加工各种形状的内表面,常见的有圆孔拉刀、花键拉刀、方孔拉刀和键槽拉刀等;外拉刀用于加工各种形状的外表面。
在生产中,内拉刀比外拉刀应用更普遍。
按拉刀工作时受力方向的不同,可分为拉刀和推刀。
前者受拉力,后者受压力,考虑压杆稳定性,推刀长径比应小于12。
按拉刀的结构不同,可分为整体式和组合式,采用组合拉刀,不仅可以节省刀具材料,而且可以简化拉刀的制造,并且当拉刀刀齿磨损或损坏后,能够方便地进行调节及更换。
整体式主要用于中小型尺寸的高速钢整体式拉刀;装配式多用于大尺寸和硬质合金组合拉刀。
拉刀可以用来加工各种截面形状的通孔、直线或曲线的外表面。
图1所示为拉削加工的典型工件截面形状。
图1、拉削加工的各种内外表面
Fig.2Thevariousinternalandexternalsurfaceofinbroaching
1.3拉削加工的特点
拉削加工与其它切削加工方法相比较,具有以下特点。
(1)拉床结构简单拉削通常只有一个主运动(拉刀直线运动),进给运动由拉刀刀齿的齿升量来完成,因此拉床结构简单,操作方便。
(2)加工精度与表面质量高一般拉床采用液压系统,传动平稳;拉削速度较低,一般为0.04~0.2m/s(约为2.5~12m/min),不会产生积屑瘤,切削厚度很小,一般精切齿的切削厚度为0.005~0.015mm,因此拉削精度可达IT7、表面粗糙度值Ra=2.5~0.88μm。
(3)生产率高由于拉刀是多齿刀具,同时参加工作的刀齿多,切削刀总长度大,一次行程能完成粗、半精及精加工,因此生产率很高。
(4)拉刀耐用度高,使用寿命长由于拉削速度较低,拉刀磨损慢,因此拉刀耐用度较高,同时,拉刀刀齿磨钝后,还可磨几次。
因此,有较长的使用寿命。
(5)拉刀是专用刀具一种形状与尺寸的拉刀,只能加工相应形状与尺寸的工件,不具有通用性,因此也把拉刀称为定尺寸刀具。
1.4拉刀的结构
下图2为拉刀的结构图
图2、圆孔拉刀的结构图
Fig.2Thestructurechartofroundholebroach
(1)头部拉刀与机床的联接部分,用以夹持拉刀、传递动力。
(2)颈部头都与过渡锥之间的联接部分,此处可以打标记(拉刀的材料、尺寸规格等)。
(3)过渡部分颈部与前导部分之间的锥度部分,起对准中心的作用;使拉刀易于进人工件孔。
(4)前导部用于引导拉刀的切削齿正确地进人工件孔,防止刀具进入工件孔后发生歪斜,同时还可以检查预加工孔尺寸是否过小,以免拉刀的第一个刀齿负荷过重而损坏。
(5)切削部担负切削工作,切除工件上全部的拉削余量,由粗切齿、过渡齿和精切齿组成。
(6)校准部用以校正孔径、修光孔壁,以提高孔的加工精度和表面质量,也可以作精切齿的后备齿。
(7)后导部用于保证拉刀最后的正确位置,防止拉刀在即将离开工件时,因工件下垂而损坏已加工表面和刀齿。
(8)尾部用于支撑拉刀,防止其下垂而影响加工质量和损坏刀齿。
只有拉刀既长又重才需要。
1.5拉刀的齿升量
拉刀的齿升量是指相邻两个刀齿(或者是两组刀齿)的半径差。
拉刀齿升量越大,切削齿数就越少,拉刀长度越短,拉削生产率越高,刀齿成本就相对较低。
但齿升量过大,则拉削力越大,影响拉刀强度和机床负荷,同时拉刀使用寿命和加工质量降低。
因此粗切齿的齿升量较大,一般推荐齿升量fz=O.03~0.06mm,且各齿齿升量相等;精切齿的齿升量fz较小,考虑到加工精度与表面质量,齿升量fz一般取0.005~O.025mm,且各齿齿升量相等;过渡齿齿升量介于粗切齿与精切齿的齿升量之间,且大小不等、逐渐减小。
1.6拉削方式
在拉削过程中,拉削余量在各个刀齿上切下的顺序和方式成为拉削方式。
它决定着每个刀齿切下的切削层的截面形状。
切削方式选择的合理与否,直接影响到刀齿负荷的分布、拉刀的长度、切削力的大小、拉刀的磨损和寿命、工件表面质量、生产率和制造成本等。
拉削方式基本上分为分层式、分块式和综合式三大类。
1.6.1分层式拉削
分层式拉削是拉刀的刀齿把拉削余量一层一层地依次切去,每个刀齿根据齿升量的多少切去一层余量。
分层式切削的切削厚度(齿升量)小,所以拉削过程较为平稳,拉削表面质量较高,但单位切削力大,需要的切削齿数目多,拉刀较长,刀具的成本高,生产率低,且在拉削有硬皮的铸件和锻件时,拉刀的切削齿磨损较快。
分层式拉削又可分为两小类同廓式拉削法和渐成式拉削法。
同廓式拉削法按如图3所示同廓式拉削法设计的拉刀,各刀齿的廓形与被加工表面的最终形状一样。
采用同廓式拉削时,为了使切屑容易卷曲和切削力,在每个切削齿上都开有如图4所示的交错分布的窄的分屑槽。
采用这种拉削方式能达到较小的表面祖糙度值。
但单位切削力大,且需要较多的刀齿才能把余量全都切除,拉刀较长,刀具成本高,生产率低,并且不适于加工带硬皮的工件。
但同廓拉削的拉刀加工平面、圆孔和形状简单的成形表面时,刀齿廓形简单,容易制造,并且能获得较好的加工表面,因而一般也常采用。
但其它形状的廓形制造时比较困难。
图3、成形式拉削图形
Fig.3Formingbroachinggraphics
图4、同廓拉削拉刀的分屑槽
Fig.4Thesub-fluteofbroachwithsameprofile
渐成式拉削法按如图5所示渐成式拉削法设计的拉刀,刀齿廓形与被拉削表面的形状不同,被加工表面的最终形状和尺寸由各刀齿切出的表面连接而成。
因此,每个刀齿可制成简单的直线或圆孤,拉刀制造比较方便,缺点是在工件已加工表面上可能出现副切削刃的交接痕迹,因此加工出的工件表面质量较差。
键槽、花键槽及多边孔常采用这种拉削方式加工。
图5、渐成式拉削图形
Fig.5Broachinggraphicwiththestyleofgraduallybecoming
1.6.2分块式拉削
这种拉削方式,工件上的每一层金属不是由一个刀齿切去,而是将加工余量分段由几个刀齿先后切去。
对于轮切式其外形图与截面形状如图6与图7所示。
图6、分块式拉刀外形
Fig.6Theprofileofblockbroach
图7、轮切式拉刀截形
Fig.7Thecross-sectionalshapeofround-cutbroach
1.6.3综合式拉削
综合式拉削集中了分层式拉削与轮切式拉削的优点,即粗切齿和过渡齿制成轮切式结构,精切齿则采用分层式结构。
这样,既缩短了拉刀长度,保持较高的生产率,又能获得较好的工件表面质量。
其拉削图形如图8所示。
图8、综合拉削图形
1-第一刀齿;2-第二刀齿;3-第三刀齿;4-第四刀齿;
5-第五刀齿;6-第六刀齿
Fig.8Synthesizedbroachinggraphic
1.7拉刀在拉削中的缺陷及处理方法
在机械制造过程中,金属切屑加工是用得最广泛的一种加工方法,而刀具则是其中不可缺少的重要工具之一。
拉刀则是众多专用刀具类中之一种,应用范围很广。
拉刀在拉削过程中也有其弊端,由于拉刀的造型及切削运动的关系复杂,在使用中易受其他方面因素的影响。
同时,因重磨和检验不当,不仅会造成工件品质的低劣,严重者还会导致刀具的损坏和报废。
这些都是常见的缺陷。
以下仅就其缺陷,来阐述其产生的原因及处理方法。
1.7.1工件内表面出现环状波纹与啃切伤痕
故障原因:
(1)切削齿和校准齿上没有适当的刃带,由于同时工作齿数的变化,拉削过程很不稳定,产生“摆尾”现象;因使用不当,造成拉刀弯曲,或同一齿的刃带沿圆周宽窄不等,使拉削时刀齿发生偏移,啃入工件表面。
(2)拉刀齿升量分布不均匀,接近校准齿的几个切削齿的齿升量是不是圆滑过渡,而使拉削过程不平稳,这是由于设计不合理或刃磨不正确造成的。
(3)拉刀齿距等距分布,造成拉削过程中周期性振动。
(4)拉刀齿前角较小,是由于刃磨工艺和方法不正确所致。
(5)拉削过程中的最大拉削力超过机床允许的最大拉力的80%,以致造成颤动现象。
(6)拉削速度选择不当,拉削速度太低,拉削过程中会出现爬行;拉削速度太高,拉削过程中会出现剧烈振动。
(7)刃磨时刀刃烧伤和刀刃毛刺未去除,造成拉几个工件出现环状和伤痕。
解决方法:
(1)如拉刀本身的过渡齿,精切齿及校准齿上都没有刃带,或刃磨后刀齿上刃带太窄时,应用铸铁套加研磨砂研磨出适当的刃带。
拉刀精磨外径后,其径向振摆应严格控制在允许范围内,以保证开后角后,刃带宽窄一致。
校准拉刀弯曲后再刃磨。
(2)设计时合理分布齿升量,用外圆磨床将校准齿改一个或两个做精切齿,使在靠近校准齿前一段精切齿的齿升量有一个圆滑过渡,即齿升量最后递减到0.05mm左右。
(3)齿距可不规定公差,设计时可考虑不等齿距,修磨后保证前角不变。
(4)磨头轴线和拉刀轴线应在同一垂直平面内,磨头倾斜角与砂轮直径应正确选择。
(5)合理设计拉刀和选用机床,有时在不影响零件技术要求的情况下,可把零件中间去一段,以减小同时工作齿数。
(6)应合理选取拉削速度,工件表面粗糙度要求低时,拉削速度不宜超过3m/min。
(7)刃磨时,砂轮应保持锋利,进给量要均匀、要小,应多次进行几次慢进给刃磨,刃磨后用油石、胶木板或铸铁板背磨刀齿,去除毛刺。
1.7.2工件表面产生局部条状划痕
故障原因:
(1)拉刀保管不当,刃口被碰撞造成局部缺口,缺口周围凸起。
因此在拉削时,该凸起处就反映到工件表面形成划痕。
(2)工件氧化层未祛除,当刀齿切到氧化皮时,常常碰伤刀齿而造成缺口。
(3)未及时排除刀齿上的切屑时,就继续进行拉削,特别对精切齿来讲,会造成过多切屑挤塞在容屑槽内,当工件脱离拉刀时,常会把刀齿挤拉掉或崩刃。
(4)精切齿磨损较严重,或随着拉刀重磨次数的增加,最后几个精切齿齿升量较大,由于没有分屑措施,会使切屑卷曲状况恶化,造成局部划痕。
(5)拉刀设计容屑槽形不合理,或多次刃磨后,容屑槽形状由原来的圆弧形变成台阶形,使切屑不易卷曲,在刀齿顶部互相倾轧,影响刀齿顺利工作,也会造成局部划痕。
解决方法:
(1)根据划痕方向找凸点,用油石轻轻沿拉刀切削方向研去(不可往返研磨),以获得锋利刃口;在凸起处开分屑槽以去掉凸点;通过磨前面把凸起处
磨掉。
(2)拉削前应用喷砂或其他方法,将氧化皮除去。
(3)在每次拉削前,用刷子刷干净拉刀容槽的切屑,或用高压切削液冲掉切屑。
(4)及时刃磨拉刀,将精切齿磨损带修磨掉,严格检查精切齿的齿升量,使齿升量在校准齿前有一个圆滑过渡。
当第一个校准齿与最后一个精切齿的齿升量过大时,应及时将校准齿也开出分屑槽,并仔细检查刀齿,如有崩刃现象,应用油石研磨或砂轮修磨。
(5)拉刀设计时,选择合理的容屑槽形;刃磨时尽量保持槽底圆弧的设计要求。
1.7.3产生鳞刺、分屑瘤痕、挤亮点或多处划伤
故障现象:
(1)前角选择不当;拉刀后角太小,特别是粗切齿。
(2)一是工件硬度低,一般低于180HB时,易产生鳞刺,一般可适当增大前角;二是工件硬度太高,达到240HB以上,工件可以获得较高的表面光洁度,但刀具的磨损则大大加剧,从而降低了刀具耐用度。
(3)拉刀用钝后,刃口圆弧半径增大,使切削条件恶化。
(4)拉削速度不合理,拉刀刀齿前刀面粗糙。
(5)切削液选择不当,或供应不足,变质后浓度不够,造成拉削表面冷却润滑条件不好,使拉削过程中的热量不能及时散发。
拉削长度大于120mm以上的工件,切削液进不去,造成工件表面与拉刀刀齿之间的磨擦加剧,以致工件表面呈现挤亮伤痕。
(6)拉刀长度超过了拉刀范围,造成容屑槽内切屑过多,容纳不了,从而挤出划伤工件表面。
(7)由于校准齿外径尺寸与最后一个精切齿的外径相等,因此校准齿仅切去最后一个精切齿分屑槽所留下的又薄又窄的金属。
校准齿使用一段时间后,刃口钝圆半径增大,校准齿很难把又薄又窄的金属切下来,从而挤压过去,使工件表面仍然保留有分屑槽的痕迹。
解决方法:
(1)正确选择前角,拉刀的前角主要根据被拉削材料的性质选择;拉刀后角也可适当增大,但要根据拉削工件材料来选择拉刀后角的大小。
(2)事先进行热处理,适当提高工件硬度;适当降低热处理或将前角减小到12°以下,以增加刃口强度,避免由于崩刃而造成表面的挤亮或划伤。
(3)拉刀用钝后,应及时刃磨以保持刃口锋利,或按耐用度制定刃磨标准实行定时换刀。
(4)应合理选择拉刀速度,要求工件表面粗糙度小时,拉削速度不宜超过3m/min。
经正确刃磨后,拉刀前刀面粗糙度取Ra0.16~0.32μm为宜。
(5)切削液浇注方法要合理,供给要充分,同时注向工件外表面效果更好。
切削液要定期更换,保持适当的浓度。
(6)应根据工件拉削表面的长度,来选择拉刀的的拉削长度,使工件拉削表面在拉刀的拉削长度范围内,否则会造成拉刀崩刃或折断。
(7)用油石将最后的精切齿的外径,或者仅将分屑槽处的外径研磨小些,如拉刀不弯,也可在外圆磨床上将最后一个精切齿的外径磨小约0.005~0.01mm。
1.7.4工件孔径扩大或缩小及两端大小不等
故障现象:
(1)新拉刀的外径是上限尺寸。
(2)新拉刀重磨后,刀齿刃口有毛刺未去除,会使刚开始拉削的数个工件孔径扩大。
(3)工件拉削长度很短,但孔壁很薄。
(4)用油类切削液拉削出来的孔径比用乳化液的稍大。
(5)刀齿前角太大。
(6)拉刀经多次刃磨,校准齿直径变小,接近报废。
(7)拉削薄壁长达60mm以上的工件,拉后回产生弹性复原,致使孔径缩小。
(8)拉刀前角太小或已钝化,拉削工件温度高。
冷却后孔径缩小。
(9)切削液变质,浓度变稀,浇注方法不正确等,使冷却润滑条件变差,工件温度升高。
解决方法:
(1)对新拉刀要进行外径尺寸检查,如发现刀齿碰伤或直径大的,应用油石或铸铁套研磨到合适的尺寸,但对拉削后需淬火的零件可允许略大些,不必把拉刀改小。
(2)清除在重磨时所挤出的毛刺。
(3)拉刀刃口要保持锋利,减少拉削力和工件拉削变形,减少齿升量,拉削后可用推刀校正。
(4)应采用乳化液。
(5)适当减小前角。
前角过大会使拉刀切削齿扎入工件。
(6)拉刀校准齿直径超过使用极限时,应及时报废和采取挤压方法,使其直径增大。
(7)增大拉刀扩张量,齿升量减小。
精切齿、校准齿齿数适当增加。
(8)增大拉刀前角可降低切削力,改善表面光洁度,提高拉刀耐用度或重新刃磨刀齿,刀齿要保持锋利。
(9)切削液的配方要合理,浇注要充分。
2结束语
随着制造业对产品的精度要求越来越高,这就促进了拉刀的发展,拉刀使工件的加工更加的整体化,降低了加工误差;同时在拉削过程中,为了保证工件的尺寸精度、形状和位置精度以及表面光洁度的要求。
应正确选用拉刀和拉床以及乳化液,正确使用和保管拉刀,可延长其使用寿命。
节省制造拉刀刀具的费用。
致谢:
感谢老师的悉心指导,对本论文的大力支持!
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