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直边花键拉刀的改进

2020-02-23 00:00540

图1 万向节滑动叉工件截形图
我厂采用直边花键拉刀加工汽车转向轴的万向节滑动叉花键(工件截形见图1)时，常常出现切削热过大、积屑瘤残留严重、烧刀等现象，且刀具稍有磨损，切削力即急剧增大，使刀具拉断，严重影响正常生产。为解决这一问题，我们对直边花键拉刀进行了分析及改进。

1 原拉刀问题分析

原拉刀的拉削方式为成型拉削，拉削面积较大，导致拉削力较大。由于拉削孔径较小(花键小径为Ø22+0.13mm)，为保证拉刀强度，原拉 刀设计时选用了较小的齿升量(SZ=0.055mm)，但齿升量过 小易造成切屑层较薄，当拉刀稍有磨损(即刀尖钝化)时 ，就可能在工件拉削表面形成挤压(而非剪切)，使前部刀齿的齿槽中无切屑产生。当接近精拉刀齿时，工件拉削表面受挤压后弹性恢复，使刀齿齿升量瞬时增大，拉削力也急剧增大，造成打齿现象，进而使刀具拉断。此时，刀齿后刀面也处于严重挤压磨损状态下，大量产生的切削热进一步加剧了刀具的破坏程度。

2 拉刀结构的改进

由上述分析可知，原拉刀齿升量过小是造成拉削问题的主要原因，但单纯增大齿升量则必然会使切削力增大。通常有两种方法可减小切削力：一是增大齿距，即减少同时拉削齿数；二是减小切削面积。增大齿距会增加拉刀长度，使拉刀形状细长，不可取，所以一般采用减小切削面积的方法。对于拉刀，则可采用同廓轮切方式来减少每个刀齿的切削面积。改进设计的拉刀刀齿截形见图2。

图2 改进设计的拉刀刀齿截形
如图2 所示，刀齿采用异侧倒角，这样既有利于磨制加工，又可在拉削时消除切削扭矩，保证花键齿形加工精度。在倒角边磨制出后角，可减小侧刃加工时后刀面的挤压摩擦，从而减小拉削力，降低切削热。拉刀经改进设计后，将齿升量提高到 SZ=0.11mm，这样可使刀齿齿数相对减少，拉 刀长度缩短。此外，由于拉削前工序为预孔扩孔加工，加 工尺寸为Ø22-0.2mm，故可将拉刀导向部 分尺寸加大至Ø21.8-0.040-0.073mm，这样可使拉刀的危险断面直径增大，拉刀强度相应提高。

3 改进后的加工效果

经过改进设计，拉刀的拉削形式发生变化，拉刀刃前区切削层的切削状况改善，由原来的挤压硬化变为剪切剥离，进而改善了切削条件。因此，在拉削力允许情况下尽量加大齿升量有助于提高拉削加工质量。齿升量提高后，刀齿切入性好，加工表面弹性变形小，可有效减小挤压摩擦阻力，使切削热显著下降，烧齿现象消失。
改进后的拉刀使用效果良好，拉削轻快(经检测，切削力降低30%)，刀具寿命提高一倍。拉削后刀齿各齿槽的切屑大小均匀，且易于清除。由于刀齿刃前区不产生挤压，因此已加工表面回弹量小，加工尺寸稳定，加工精度提高。
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