淺析漸開線花鍵拉刀的使用與刃磨

王學蓮

（中國重汽集團大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

汽車變速箱中的部分齒輪零件，同步器類齒座、齒套、錐環零件的內漸開線花鍵都采用拉削工藝進行加工，所以如何使用拉刀，如何進行刃磨成為日常工作的重點，必須保證正確使用和刃磨，才能保證拉刀的壽命和零件的質量。

1 拉刀的正確使用

首先要檢查被加工零件的齒坯是否合格：零件的材料和硬度是否符合圖紙要求；零件的拉前孔徑尺寸是否符合工藝要求；定位基準端面對拉前孔徑的跳動量是否合格；所選的定位基準端面是否合理。

1）所使用拉床的運行情況。拉削前可以空運行幾次，檢查一下拉刀運行是否平穩，是否有爬行現象，上下卡頭是否同心，冷卻是否正常。

2）選擇合適的拉削速度。拉削速度的選擇要受到以下因素的影響：零件材質（工件材質硬，拉削速度取小值；工件材質軟，拉削速度取大值）、工件拉削長度（拉削長度大，拉削速度取小值；拉削長度小，拉削速度取大值）、拉刀材質（拉刀材料M2、M2Al，拉削速度取小值；拉刀材料 M42，拉削速度取大值）、拉刀涂層（無涂層拉刀拉削速度取小值；有涂層拉刀拉削速度取大值）。

另外，如果拉床剛性差時，則拉削速度不宜太高；對于同步器零件拉刀，拉削速度一般取2～5m／min。

3）選擇合適的切削液。切削液在拉刀拉削時起到很大的作用，它不僅要冷卻和潤滑零件，沖洗鐵屑；還能減小零件與拉刀之間的摩擦力，減小拉刀磨損。

切削液通常有兩種：一種是乳化液，另一種是切削油。

乳化液是乳化油用水稀釋而成，濃度在12%～15%最適合拉削加工，由于含有大量的水，所以具有良好的冷卻性，當要求加工粗糙度精度高時，可適當增加乳化油的含量至20%～25%，也可以加入一定的極壓添加劑（氯化物、磷化物、硫化物）。乳化液適用于碳素鋼、合金鋼、不銹鋼和鑄鐵。也適用于銅、鋁及其合金。

切削油，包括礦物油（10號～20號機油、輕質柴油、煤油）和硫化油。礦物油一般要加入極壓添加劑。礦物油適用于銅、鋁及其合金，硫化油適用于碳素鋼、合金鋼、不銹鋼。

切削液的冷卻性和潤滑性是對立的，冷卻性好的切削液潤滑性較差，潤滑性好的切削液冷卻性較差。所以選擇切削液時要根據工件材質、工件結構、拉刀材質、切削速度、加工質量仔細分析，判斷是冷卻性重要還是潤滑性重要，進而選擇對應的切削液。

4）用銅刷進行清除。拉削過程中時，在拉削每件零件前都要檢查拉刀容屑槽中是否有殘留鐵屑，并用銅刷進行清除。

5）制定強制性刃磨拉刀標準。應針對不同類零件不同的拉刀制定強制性刃磨標準，如果拉刀磨鈍，則應按照要求及時刃磨，切忌過度使用。

日常拉削過程中，如果有被拉削零件表面粗糙度變差，達不到工藝要求，或者花鍵齒面有拉傷；零件的大徑、小徑、跨棒距超差；拉刀后刀面磨損超過0.2mm；拉刀拉削時出現聲音異常或拉力明顯增加；拉刀產生意外崩齒情況出現，則把應對拉刀進行刃磨。

6）合理存放拉刀。拉刀不用時，應吊裝或直立存放，以防止拉刀彎曲變形，并且應作防銹處理，避免拉刀銹蝕［1］。

2 拉刀的刃磨

2.1 刃磨前的狀況分析

1）刃磨前應仔細檢查，看拉刀是否有崩齒、磕刃或過度磨損等現象。如果有崩齒或磕刃，則不僅要刃磨前刃面，還要根據實際情況對拉刀齒升量進行調整重排。

2）刃磨前檢查拉刀是否彎曲，根據拉刀長度L與直徑D的比值，檢查拉刀外圓的徑向圓跳動（見表1）。如果不符合表1中數值，則應對拉刀進行校直。

表1 拉刀長度L與直徑D的比值與徑向圓跳動關系

如果拉刀在彎曲狀態下刃磨，則圓周刃各點的前角就會不同，那么拉刀拉削零件時各點的切削力也不一樣，容易造成拉偏現象。

2.2 砂輪的選擇

拉刀刃磨時，一般在專用磨床上進行，如M6110型拉刀刃磨機床，對于較為短小的拉刀，也可在萬能工具磨床用碟形砂輪沿前刀面進行刃磨。

1）漸開線花鍵拉刀的刃磨一般選用碟形或碗形砂輪，刃磨拉刀前刀面時應保持拉刀設計前角不變和達到預定的表面質量要求。

2）磨料。一般選取WA（白剛玉），也可用PA（鉻剛玉）或SA單晶剛玉，數控拉刀刃磨床，可用CBN砂輪。

3）砂輪直徑的選擇取決于拉刀直徑、前角和磨削方法。

4）砂輪速度Vs＝25～35m／s，拉刀速度VL＝（1／100～1／150）Vs＝10～15m／min。

拉刀和砂輪旋轉方向相反。

2.3 磨削方法［2］

1）錐面磨削法。以砂輪的錐面和刀齒前刃面相切（見圖1）。

圖1 錐面磨削法

此時砂輪直徑：

式中：dm為砂輪直徑；d′0為拉刀第一齒的直徑；β為砂輪軸線和拉刀軸線的夾角；γ：拉刀前角。

2）圓周磨削法。砂輪錐面的母線與刀齒前刃面成5°～15°夾角（見圖2）。

圖2 圓周磨削法

此時砂輪直徑：

式中：K為計算系數（見下頁表1）。

2.4 兩種磨削方法比較

1）錐面磨削法優點：調整簡便，易于保證前角。缺點：砂輪與拉刀前刃面線接觸，磨削熱大，易產生燒傷；磨削效率低；刃口不易磨鋒利；拉刀直徑小時，砂輪直徑受限。

2）圓周磨削法優點：砂輪與拉刀前刃面點接觸，磨削熱小，不易產生燒傷；磨削效率高；砂輪自銳性好，刃口易鋒利；可以采用較大的砂輪直徑。缺點：調整復雜；前角數值不易控制。

表1 計算系數K值

2.5 磨削時的一些注意事項

1）要保持拉刀軸線和砂輪軸線在同一平面上。

2）磨削采用無火花或微火花，以防磨糊，磨削進給量控制在0.005～0.010mm／次。

3）磨削時要保證各齒磨削量相等，防止齒升量異常變化。

4）磨削時，要保持容屑槽形狀、溝深和前角不變，溝底圓滑過渡。

5）磨削后要保證拉刀大、小徑和齒面粗糙度良好。粗糙度低，拉刀會急劇磨損，加工工件表面質量也會達不到要求。

6）要及時清除磨削產生的毛刺，否則會引起工件尺寸變化和工件表面粗糙度差。

3 拉削缺陷及解決方法

3.1 被拉削零件表面粗糙度差

拉削表面粗糙度差主要表現為鱗刺、劃痕和環狀波紋三個方面。

1）鱗刺。在零件拉削表面的出口處出現的鱗片狀毛刺，見圖3。

圖3 鱗刺

在拉削過程中，由于摩擦力的變化使得切屑在拉刀刃口做周期性的停留，代替切削刃推擠被切削層，使已加工表面產生應力而被擠裂，然后切削刃擦過這部分金屬繼續切削，從而在已加工表面上留下鱗片，鱗片的朝向與拉刀運動方向相反。

引起鱗刺的因素及消除方法：拉削速度（速度越大，鱗刺的高度也越大，降低速度，可以抑制鱗刺的產生）、拉刀齒升量（在相同的切削條件下，齒升量越大，鱗刺的高度也越大，因此可以通過減小拉刀齒升量，從而減少或消除鱗刺。）、

拉刀前角（鱗刺的高度隨拉刀前角的增大而減小，因此可適當通過刃磨拉刀，增大拉刀前角，從而減少或消除鱗刺。）、工件材料的硬度（工件材料越軟越容易產生鱗刺，所以在拉削前應盡可能地對工件進行調質或正火，提高工件硬度（在合理范圍內））、切削液（潤滑性能好的切削液能擬制鱗刺的生長，降低鱗刺高度，所以有鱗刺產生時，可采用潤滑性能好的機油、硫化油。）。

2）劃痕。拉削表面的劃痕是由拉刀刃口上的積屑瘤引起的（見圖4）。

圖4 劃痕

拉削過程中，拉刀刃口出現積屑瘤后，便粘接或“焊接”在拉刀前后刀面上，代替切削刃進行切削。由于積屑瘤不規則，拉削表面上也就出現不規則的痕跡。所以要消除劃痕，就得擬制積屑瘤的產生。

積屑瘤的生成因素及消除方法：拉削速度V＜2m／min時，一般不會產生積屑瘤，V 越大，積屑瘤高度越大。所以可以通過降低拉削速度，擬制積屑瘤的產生；拉刀齒升量越小、前角越大，積屑瘤越難生長；工件材料硬度很低時，積屑瘤生長迅速，拉削表面粗糙度很難提高，此時應通過熱處理適當提高工件硬度。

拉刀刃口表面光滑、同時防止刃口制造缺陷和損傷，使用潤滑性能好的切削液時，積屑瘤不易生成；容屑槽太淺或有負后角現象，鐵屑卡在容屑槽內起到切削作用，校準齒不能消除掉拉削痕跡，就留下了劃痕，此時要重新開容屑槽。

另外，在拉削零件的過程中，要根據經驗定期用手觸摸一下切削刃，當感覺有積屑瘤產生時，要用細油石沿刀齒后刀面向前將積屑瘤輕輕抹去。

3）環狀波紋。在工件大徑或小徑上出現的相距一個齒距的環狀條紋（見圖5）。

圖5 環狀波紋

因為同時工作齒數n＝L／t經常不是一個整數，而是變化的，從而引起拉削力和拉削速度的變化，同時由于拉床剛性、工件定位的穩定性以及拉削中的振動，都會導致環狀波紋。

消除方法：在設計時適當增加同時工作齒數；必要時采取不等齒距；適當增加前角，減小齒升量以降低切削力；刃磨拉刀時，拉刀刃口保持鋒利［3］。

3.2 被加工零件尺寸超出公差范圍

1）檢查拉刀尺寸是否超差或者拉刀是否彎曲，若是則需修復拉刀尺寸或校直拉刀。

2）由于拉刀材料和結構的影響，在拉削徑向力的作用下、也會出現拉出工件的漸開線花鍵M值、大小徑增大或減小的情況發生，這是由于材料的塑性變形所致，此時需要采取措施減小拉削力，如增大拉刀前角，采用好的切削油減少摩擦，在設計時減小齒升量。有時還需根據實際情況作切削試驗，然后設計拉刀時有意地改變拉刀尺寸。

3）由于工件材料、特殊結構、壁厚不一致等，導致拉出孔會出現內形的畸變、喇叭口、腰鼓形、錐形等形狀，如圖6。此時一方面要采取擬制工件變形的措施，另外可以做熱處理實驗，有時拉出的工件雖然在軸向尺寸不一致，但熱后尺寸會趨于一致。

圖6 拉出孔的各種形狀

4）新刃磨的拉刀加工工件經常會出現尺寸超大的現象，這是因為刃磨拉刀時，有微毛刺產生并附著在拉刀齒側面或齒頂刃，在切削過程中毛刺代替刃口起到了一定的切削作用，從而造成大小徑或齒槽寬偏大。所以拉刀刃磨后，應對刃口毛刺進行去除，或拉削幾個鑄鐵件，會消除刃口大部分毛刺。

5）隨著拉刀的使用，由于切削磨損，會出現工件尺寸變小的情況。在可能的情況下，在設計時要有意地加大拉刀尺寸，盡可能地延長拉刀壽命。

6）檢查是否測量原因。比如用量棒漸開線花鍵M值，如果量棒卡到大徑上、量棒太大卡在小徑上，或者因為齒頂倒角量棒和齒面沒有切點，都會導致測量誤差。另外對于奇數齒花鍵，大小徑是沒法直接測量的，需借助相關檢具。

3.3 拉刀崩刃或斷裂

1）拉刀容屑系數不夠，容屑槽不能正常地容納所有鐵屑，會導致拉削力急劇增大，當拉力超過拉刀強度時，拉刀就會斷裂。

2）刃磨后，容屑槽形狀不理想（見圖7），出現卡屑現象，導致工件拉毛，嚴重時會使刃口崩刃。

圖7 刃磨后容屑槽形狀

3）由于每齒刃磨量不均勻，導致拉刀齒升量不均，切削量大的齒切下的鐵屑堵在容屑槽里，造成崩齒。

4）拉刀磨損后沒有及時刃磨而繼續使用，切削力會急劇增大，導致拉刀崩刃或斷裂。

5）拉床上下卡頭不同心，拉刀在切削時會承受過大的徑向力，導致拉刀斷裂。

6）拉床剛性不好，液壓系統不穩定，振動大，會導致拉刀崩齒或折斷。

［1］ 葉偉昌.圓拉刀的正確使用［J］.金屬加工（冷加工），2012（2）：1.

［3］ 張智藝.工件拉削表面缺陷的原因分析及解決方法［J］.內蒙古自治區：包頭職業技術學院學報，2011（2）：15.

［2］ 杭忠浩.拉刀的使用與刃磨（下）－拉刀的刃磨與檢驗［J］.機械工藝師，1986（11）：20.