裝配刀環式大規格矩形花鍵拉刀的設計

哈爾濱第一工具制造有限公司 （黑龍江 150078） 張淑榮

1.問題的提出

隨著我國機械行業的不斷發展，許多工廠對大規格花鍵的需求日益增多，如軍工、石油化工、重型機械行業等都已采用φ125～φ220mm的花鍵。大規格花鍵拉刀的制造，過去多采用整體結構。由于大尺寸整體結構拉刀要消耗大量高速鋼，制造困難，成本較高，磨損后的修磨也較為復雜。根據上述存在問題，采用裝配刀環式大規格矩形花鍵拉刀的設計，可較好地解決以上存在的問題。此外，裝配結構較易解決拉削方式、拉削余量分配、合理的幾何參數等因素和拉刀結構的矛盾。

2.裝配刀環式矩形花鍵拉刀的設計

（1）根據生產經驗，加工大直徑的花鍵，過去采用整體結構，使貴重的刀具材料消耗量大。拉刀的金相組織差，切削性能不易提高，且要求工廠具備大型冷熱加工設備，在刃磨時也有很大困難，拉刀本身精度和使用性能均難保證。如采用組裝式結構，能在很大程度上克服上述缺點。我們研制的組裝式花鍵拉刀，精切齒、校準齒采用裝刀環結構，加工十分方便，而且能獲得很高的裝備精度。

（2）裝配式矩形花鍵拉刀結構如附圖所示。

裝配式矩形花鍵拉刀結構

（3）刀桿材料為40Cr，表面經高頻淬火，硬度達45HRC，刀環材料為W18Cr4V，刀環與刀桿孔的配合為H7/h6，刀環上的鍵槽經過磨削加工，鍵與鍵槽的配合為H7/h6，這樣能保證主要配合面的間隙很小。

（4）組裝式矩形拉刀輪廓尺寸的設計步驟及有關參數的選擇與整體矩形拉刀基本相同。根據被加工矩形花鍵特性，為了保證鍵寬尺寸（制造公差一般不應大于0.015mm）和表面粗糙度時，目前采用成形式加工拉削方法。為了避免切屑劃傷已加工表面和順利排屑，在花鍵切削齒上都做有分屑溝，前后刀齒上的分屑溝應交錯排列，磨出的分屑溝有足夠后角，比一般鉸刀齒頂刃后角大2°。為了減少拉削時的摩擦，在拉刀鍵齒側面上需做有副偏角，副偏角一般在1°～3°，這部分采用后頂尖抬高方法來磨削。因為刀環尺寸較大，容屑槽深度取的也較大，刀環前刀面、內孔及兩側面又是在體外加工的，為了修磨砂輪方便，采用直線齒背的容屑槽。這樣可以保證切屑自由卷曲，容屑體積充足，效果良好。另外為了提高拉刀的壽命可在拉刀鍵齒尖處做出r=0.25～0.4mm圓弧形過渡刃，或（0.2～0.3）mm×45°的倒角形過渡刃。在拉削中，適當加大前角，增加切削力，減小拉刀擠壓作用，抑制毛刺產生，一般取γ=10°～18°。拉刀后角不宜過大，避免減少刀磨次數，增加刀齒強度和剛性，后角取2°～5°。對于精切齒，其齒升量一般選取0.05～0.07mm逐步遞減，使各精切齒的拉削量逐齒減少，拉削力均勻下降，保證拉削平穩，拉削表面質量良好。

3.組裝矩形花鍵拉刀

在組裝時，首先把加工合格的拉刀精切齒、校準齒刀環以及刀套、前導向套由拉刀刀體心桿前端按順序裝入，用螺母緊固至1/2預緊力，將拉刀放在兩頂尖之間，將千分表的指針沿法向方向指在刀環刀齒分圓處的刃帶上。用銅棒敲擊刀環，使刀齒的中心平面與拉刀刀套的中心平面重合，由后到前逐個將刀環調整至符合精度要求，各刀環、刀套、前導套之間調整好，然后將螺母緊固。

拉刀的組裝過程中緊固螺母時，為了避免將扭矩傳給刀桿，在前導套和刀環之間設計刀套，利用平鍵使刀套與刀體在圓周方向無扭轉力。

4.切削速度及潤滑液選擇

應綜合考慮拉刀、工件、機床各方面因素對拉削質量，生產率，拉刀壽命的影響，可按下述規律選?。?/p>

（1）考慮表面粗糙度。拉削表面粗糙度數值較大時，拉削速度可以在3～7m/min范圍內取。當拉削表面粗糙度數值較小時，拉削速度可以降到3m/min以下，一般取1～2m/min，可以獲得滿意的效果。

（2）考慮工件材料的影響。當被拉削工件材料過硬時，應選較低的拉削速度。對于中等硬度的材料可以采用較高拉削速度，一般可取到10～11m/min。

（3）考慮工件形狀、尺寸方面、拉削孔徑不大、壁薄而形狀雜時，應取較低的拉削速度。另外拉刀齒升量越大，拉削速度應取較小的值，否則拉削速度取較大的值。

（4）正確的選擇切削液對降低拉削力，改善表面粗糙度，提高拉刀壽命等都有一定的影響。常采用的切削液主要有乳化液和切削油。

5.組裝式矩形花鍵拉刀的優點

（1）組裝式矩形花鍵拉刀精切齒、校準齒，可以采用直線齒背的容屑槽，容屑空間大，而且矩形花鍵拉刀有理想的副后角，有效地改善了拉刀切削條件，提高了加工表面質量。組裝后，矩形齒形公差可達0.009mm，等分公差0.013 mm，拉削表面粗糙度值Ra=1.6μm， 制造精度高，可以滿足一些用戶對內花鍵精度的要求。

（2）拉刀切削齒帶有副后角，這樣與工件摩擦減小，而且精切齒、校準齒中某個刀環磨損可單獨更換，拉刀其余部分可繼續使用，延長拉刀使用壽命。在缺少大型設備的條件下，拉刀熱處理、刃磨、制造均較方便，容易保證質量。

（3）組裝式矩形花鍵拉刀切削部分可以分段加工，改善大直徑原材料內部組織缺陷。切削部分刀環和刀套選用高速鋼制造，其余部分用合金工具鋼或碳素結構鋼制造，節約了貴重的刀具材料，降低了拉刀材料費用。

組裝式矩形花鍵拉刀經用戶使用，取得到了滿意的效果，受到了用戶的好評。該拉刀技術先進，適用可靠，既提高了生產效率，又節約了成本，為我國刀具行業發展開辟了新途徑。