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,第二节拉刀的结构,1)前柄:
拉刀前端用于夹持相传递动力的构部。
2)颈部:
前柄与过渡锥之间的连接部分,其直径与前柄相同或略小,也是打烙拉刀标记(拉刀材料、尺寸规格等)的部位。
3)过渡锥:
引导拉刀前导部进入工件预加工孔的锥度部分。
一、拉刀的组成部分,4)前导部:
引导拉刀切削齿正确地进入工件待加工表面的部分,并可检查工件预加工的孔径是否过小,以免拉刀第一个刀齿因负荷太大而损坏。
5)切削齿:
担负全部切削工作,切除工件上全部加工余量,它由粗切齿、过渡齿和精切齿组成。
6)校准齿:
几个尺寸、形状相同,起校准储备作用的刀齿。
它可以提高工件的加工精度和降低表面粗糙度,还可作为精切齿的后备齿。
7)后导部:
保证拉刀的最后刀齿正确切离工件的导向部分,可防止拉刀因工件下垂而损坏已加工表面或刀齿。
8)后柄:
拉刀后端用于夹持或支承的柄部。
若在自动拉床上拉削,则起退回拉刀时的夹持作用;
苦在非自动拉床上拉削,则起支持拉刀尾部不致下垂的作用。
二、拉刀切削部分要素,1.几何角度,2.结构参数,第三节拉削方式(图形),拉削方式是指用拉刀逐齿把加工余量从工件表面切下来的方式,它决定拉削时每个刀齿切削截面形状,因此又称拉削方式为拉削图形。
(1)拉削方式影响刀齿的负荷分配、拉削力、工件表面质量、拉刀耐用度及拉削生产率。
(2)拉削方式不同,拉刀的设计方法也不同。
所以确定拉削方式是拉刀设计中的一个重要问题。
一、分层式,二、分块式(成组式),三、组合式(又称综合式),第四节圆孔拉刀设计,一、切削齿,切削齿是拉刀中最重要的部分,它直接影响拉削质量和生产率。
1拉削余量,选取原则:
拉削余量应保证拉削后能把前道工序留下的加工误差和破坏层全部切除。
1)在已知拉前和拉后孔径的情况下,拉削余量为:
2)若只知拉削后的孔径,则须先决定拉削余量,才可求出拉削前的孔径,拉削余量可用经验公式计算:
(1)拉削前的孔是用钻头加工的,
(2)拉削前的孔是用扩孔钻头加工的,(3)拉削前的孔是用精扩孔或镗孔加工的,注意:
计算后取小数点后一位。
2齿升量,拉刀的齿升量af(fz)是前后相邻两刀齿(或齿组)的高度差或半径之差,它等于切削厚度(圆孔拉刀为半径差),在拉削余量一定的情况下:
(1)齿升量取得大,切下全部余量所需切削齿少,拉刀短,刀具成本低,易制造,拉削生产率高。
(2)齿升量过大,则拉削力太大,可能因拉刀强度不够而使拉刀折断,或机床超负荷而停顿工作,拉削表面质量下降,刀齿磨损加大,刀具耐用度降低。
(3)齿升量也不能取得太小,否则刀齿难以切下很薄的金属层,使挤压现象加剧,加速刀具磨损,使加工表面质量恶化。
选取原则:
在拉刀强度和机床负荷允许及表面质量得到保证的情况下,尽可能选用大的齿升量。
粗切齿、过渡齿和精切齿的齿升量是不同的:
粗切齿应切去拉削余量的80左右;
过渡齿的齿升量由粗切齿齿升量逐齿递减至精切齿的齿升量;
精切齿的齿升量一般取0.010.02mm。
3.前角与后角,
(1)前角对切屑变形和卷曲、拉刀耐用度,拉削力等都有很大影响。
其数值一般是根据工件材料的性质来选取。
(2)后角:
为了使刀齿重磨后直径变小较慢,以及延长拉刀的使用寿命,拉刀的后角应选较小值。
刃带的作用:
a)为了在制造拉刀时便于测量刀齿直径;
b)在拉削时起支承作用;
c)重磨后又能保持直径不变。
(3)刃带宽度,各刀齿的主后面上均留有刃带,其宽度为b1,刃带上的后角为0,注意:
刃带不易太宽,以免会加剧摩擦和使加工表面粗糙。
4.齿距,齿距p是前后相邻两刀齿切削刃间的距离。
齿距大,则拉刀长,拉削生产率低;
齿距小,则同时工作齿数多,拉刀工作平稳,加工表面质量高。
若齿距过小,使容屑空间太小,使切屑易挤塞在槽内而导致拉刀折断或刀齿崩裂。
为厂保证拉削平稳,以获得良好的表面质量,一般有38个刀齿同时工作为好。
1)拉刀粗切齿的齿距p可用下列经验公式计算:
2)最大同时工作齿数ze可用下式计算:
当内孔有空刀槽时,最大同时工作齿数则按下式确定:
3)过渡齿的齿距p过与粗切齿相同,即p过p,4)精切齿的齿距p精可按下式计算:
(1)p10mm,p精(0.60.8)p
(2)p10mm,p精p,5容屑槽,拉削时,切屑被封闭在容屑槽中,因此要求容屑槽要有足够的容屑空间,以免堵塞和损坏刀齿。
理想的容屑槽的形状应保证切屑能顺利卷曲,并保证刀齿有合理的前角和后角,足够的强度和重磨次数。
容屑槽按其深度不同分类:
(1)基本槽最常用;
(2)浅槽用于小直径圆孔拉刀,以及拉削力较大、拉力强度不够时;
(3)深槽用于要切下大量切屑的拉刀。
(1)直线齿背形:
槽形简单,制造容易,常用于拉削脆性金属(铸铁、黄铜、青铜等)以及加工一般钢材时使用同廓拉削方式的拉刀。
(2)曲线齿背形:
容屑空间较大,有利于切屑卷曲,适用于拉削韧性金属。
分块式拉刀常采用这种形式的容屑槽。
(3)加长齿距形:
齿距大,有足够的容屑空间,目前组合式拉刀常采用这种容屑槽。
常用的容屑槽形式:
拉刀容屑槽的形状和尺寸可参阅有关资料。
根据选定的齿距p,即可查出容屑槽的各尺寸参数。
容屑槽的尺寸必须在对其容屑空间进行校验后才能最后确定。
为了保证刀齿容屑槽有足够大的容屑空间,又因切屑在容屑槽中卷曲不紧密,故容屑槽的有效容积V槽必须大于切屑的体积V屑。
它们在法平面内的比值称为容屑槽的容屑系数K,如果忽略切屑宽度方向的变形,那么容屑系数K就可以近似地用它们在拉刀法平面(即轴截面)中的面积比来表示,容屑系数K的大小受工件材料性质和齿升量等许多因素的影响,因此对于不同的加工情况,容屑系数K的大小也不同,它通常由实验研究加以确定。
拉削钢料时可参考下表选取;
拉削铸铁时,K值一般为22.5。
拉刀容屑槽的有效面积F槽可看作是半径r0.5h的圆面积,即近似为:
切屑的断面积,可近似地取为切削层的断面积,即:
式中:
ac为切削厚度(mm);
对于分层式拉刀,acaf;
对于组合式拉刀,ac2afl为拉削长度(mm)。
设计拉刀时,必须满足以下容屑条件:
在确定齿升量af和查得容屑系数K后,也可用上式验算拉刀齿槽深度h,即,如能满足上式,则可以保证容屑槽有足够的容屑空间如不能满足,可通过减小齿升量或增大齿槽深度达到满足上式,6分屑槽,分屑槽的作用是减小切屑宽度,便于切屑容纳在容屑槽中。
当切削韧性金属时,如没有分屑槽,则圆孔拉刀每个刀齿切下的金属层是一个圆筒,切屑经受很大的变形才能卷成圆环,套在容屑槽中,使切屑清除非常困难,对拉削过程十分不利。
所以,对切削宽度较大的拉刀在切削齿的切削刃上都要做出前后刀齿交错分布的分屑槽,将切屑分成许多小段。
为了避免工件上留有刀痕,在最后一个精切齿上不开分屑槽,分层拉削方式圆孔拉刀的切削齿和组合式拉刀的精切齿:
分屑槽形式:
尽量做成角形槽,使槽侧角90,以利于散热和使副切削刃有后角。
分屑槽深度:
应齿升量,否则不起分屑作用。
分屑槽的槽底后角:
应刀齿后角o,如下图a、b所示,应避免下图c所示槽底产生负后角的情况。
分屑槽的参数为:
槽角c4590;
槽宽b1.01.5mm;
槽深h0.71.0mm;
槽底半径rc0.20.5mm,分屑槽的数目nk应保证分屑后的切屑宽度不太大,使切屑易于卷曲,一般为67mm,即:
组合式圆孔拉刀的粗切齿和过渡齿采用弧形分屑槽,弧形半径R由砂轮半径决定,其参数可按下表选取。
7切削齿的齿数与直径,切削齿的齿数:
z切z粗z过z精也可以先按下式估算:
粗切削齿的齿数:
过渡切削齿的齿数:
z过一般取35个,精切削齿的齿数:
z精一般取37个,确切的齿数,应在拉刀每个刀齿的直径排列后才能最后确定。
第1个切削齿的直径:
在确定了第1个粗切齿的直径的基础上,按每个齿的齿升量顺次确定第2、第3等各齿的直径,它们的直径按2af递增。
最后一个精切齿的直径等于校准齿的直径,按精切齿的齿升量向前确定各精切齿的直径。
然后从最后一个粗切齿直径和第一个精切齿直径向其中间排列各过渡齿直径。
切削部的长度为:
二、校准齿,校准齿没有齿升量,只起校准和修光孔的作用,它们均不开分屑槽,1前角与后角,
(1)前角og由于校准齿不起切削作用,og可取05,但为了制造方便,也可取与切削齿相同的前角。
(2)后角og和刃带宽度b1g为了使拉刀重磨后直径变化小,延长拉刀使用寿命,校准齿的后角比切削齿取得小些,一般取og302030。
在校准齿上后面的刃带b1g做得比切削齿的刃带宽得多。
但根据生产经验,刃带过宽易使金属粘附在刀齿顶部(尤其是对韧性大的钢料),故近年来刃带宽度偏于取得较小。
2校准齿齿数,当拉刀多次重磨使最后一个精切齿的直径减小超出允许值时,校准齿就依次递补为精切齿。
被加工孔精度要求高时,则校准齿的齿数就应取得多一些,反之则少些。
3校准齿齿距与齿形,由于校准齿不起切削作用,其齿距pk可以取得小些,以缩短拉刀长度。
当切削齿齿距p10mm时,取pk(0.60.8)p,当切削齿齿距p10mm时,为了制造方便,取pkp,校准齿的齿槽做成与切削齿相同,4校准齿直径,为了增加拉刀的重磨次数,使其有较长的使用寿命,校准齿直径应等于被拉削工件孔的最大直径dmmax。
但还要考虑到拉后孔径的扩张或收缩的问题:
由于刀齿上产生的切屑粘结和磨刀时产生的毛刺,拉刀制造时产生的切削力位置偏差和轴线的直线度,以及拉刀和拉前孔不同轴等原因,拉后的孔径往往比校准齿的实际直径要大,即产生扩张现象;
在孔壁较簿时,由于弹性变形也有可能产生孔径收缩现象。
校准齿的直径dog应取为,拉孔后孔径收缩时用“+”号;
孔径扩张时用“-”号。
三、拉刀的其它部分及总长度,1前柄,前柄应尽量选用快速装夹的结构,其直径D1至少应比拉前的孔径小0.5mm,并选用标准值。
前柄尺寸如下图所示。
2颈部,颈部直径D2可与前柄直径D1相等(一次磨出),或小0.31mm。
其长度l2应保证拉刀第1个刀齿尚未进入工件以前,拉刀的前柄能被拉床夹头夹住。
l2可按下式计算:
在拉刀工作图上,通常不标注颈部长度,而是标注从前柄端面到第1个切削齿之间的长度L1。
3.过渡锥,过渡锥的小端直径为颈部直径,大端直径为前导部直径。
4前导部,前导部的直径D4取等于拉削前孔的最小直径dwmin;
偏差取e8;
长度l4是由过渡锥大端到第一个切削齿的距离,一般等于工件拉削孔的长度l。
若孔的长度与直径比大于1.5时,可取l40.75l,但不小于40mm,5.后导部,后导部直径D7取等于拉削后孔的最小直径dmmin;
偏差为f7;
长度l7(0.50.7)l,但不小于20mm。
当孔内有空刀槽时,后导部的长度应按下式计算:
6后柄,后柄直径与机床托架孔的尺寸一致,长度l8(0.50.7)dm,(dm为拉削后孔径的公称尺寸)但不小于2025mm。
7拉刀总长度L,拉刀总长度是其各部分长度的总和。
在总长度为1000mm以内时,偏差取2mm;
更长时取3mm,确定拉刀总长度时应考虑到拉床所允许的最大行程、拉刀制造时的设备和工艺的可行性,以及若长度太长所带来使用等方面的不便等。
一般拉刀总长度与其直径之比L/d035。
1)若设计的拉刀较长,可适当增加齿升量或适当缩小齿距来缩短拉刀总长度。
2)如拉刀实在太长,可分做两把以上的拉刀。
四、拉刀强度及拉床拉力的校验,为了保证拉削工作的正常进行,在拉削时所产生的最大拉削力Fmax必须小于拉床的实际拉力,并满足拉刀强度的限制,所以要进行拉床拉力和拉刀强度的校验,以避免损坏拉床和拉断拉刀。
1拉削力计算,对于同廓式圆孔拉刀:
FmaxFzdmze,对于组合式圆孔拉刀:
FmaxFz(dm)/2ze,式中:
Fz为拉刀切削刃单位长度上的拉削力dm为拉削后孔的公称直径ze为最大同时工作齿数,2拉刀强度校验,拉削时产生的拉应力应小于拉刀材料的许用应力,即,式中:
为拉刀材料的许用应力Amin为拉刀的危险断面面积。
危险断面可能在柄部或颈部的最小直径处,也可能出现在第一个切削齿的容屑槽处。
FmaxF实际,3拉床拉力校验,经上述几项校验后,若超过许可值,则应通过减小齿升量af、加长齿距p以减少同时工作齿数ze等来减小拉削力Fc,也可以更换型号较大的拉床来加工。
=Fmax/Amin,五、拉刀技术条件,1拉刀材料及热处理,拉刀一般用高速钢W18Cr4V或同等(或以上)性能的高速钢制造。
热处理硬度为:
刀齿和后导部6366HRC;
前导部6066HRC;
柄部4052HRC。
2拉刀表面粗糙度,3.拉刀几何角度的偏差,前角o其上偏差为+2,下偏差为-1。
切削齿和校准齿后角的偏差可查表。
4拉刀尺寸偏差,拉刀外圆直径在全长上允许最大径向圆跳动量,按下表选取。
圆孔拉刀校准齿直径偏差,按下表选取,六、组合式圆孔拉刀设计举例,知识点与复习题,1.拉削加工为什么能获得较高的加工精度、生产率和较低的表面粗糙度?
2.何谓拉削方式(拉削图形)?
试比较同廊式、分块式和组合式的特点。
3.拉刀后角为什么取得很小?
拉刀刃带有何作用?
4.齿升量和齿距的大小对拉刀、加工质量及生产率有何影响?
拉刀上各种刀齿的齿升量和齿距如何确定?
5.什么是容屑系数?
如果在容屑条件校验时不合格应如何处理?
6.校准齿的作用是什么?
其直径如何确定?
7.拉削力怎样计算?
如果拉刀强度不够或拉床拉力不够,应如何处理?
8.在拉刀设计中要进行哪几种校验?
8.在拉刀设计中要进行哪几种校验?
(1)容屑条件校验:
(2)拉刀总长度校验:
L/d035(L不要超过所规定的允许值)(3)拉刀强度校验:
=Fmax/Amin(4)拉床拉力校验:
FmaxF实际,
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