裝配刀環(huán)式大規(guī)格矩形花鍵拉刀的設(shè)計(jì)

哈爾濱第一工具制造有限公司 （黑龍江 150078） 張淑榮

1.問(wèn)題的提出

隨著我國(guó)機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，許多工廠對(duì)大規(guī)格花鍵的需求日益增多，如軍工、石油化工、重型機(jī)械行業(yè)等都已采用φ125～φ220mm的花鍵。大規(guī)格花鍵拉刀的制造，過(guò)去多采用整體結(jié)構(gòu)。由于大尺寸整體結(jié)構(gòu)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(fù)雜。根據(jù)上述存在問(wèn)題，采用裝配刀環(huán)式大規(guī)格矩形花鍵拉刀的設(shè)計(jì)，可較好地解決以上存在的問(wèn)題。此外，裝配結(jié)構(gòu)較易解決拉削方式、拉削余量分配、合理的幾何參數(shù)等因素和拉刀結(jié)構(gòu)的矛盾。

2.裝配刀環(huán)式矩形花鍵拉刀的設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，加工大直徑的花鍵，過(guò)去采用整體結(jié)構(gòu)，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(shè)備，在刃磨時(shí)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(jié)構(gòu)，能在很大程度上克服上述缺點(diǎn)。我們研制的組裝式花鍵拉刀，精切齒、校準(zhǔn)齒采用裝刀環(huán)結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)如附圖所示。

裝配式矩形花鍵拉刀結(jié)構(gòu)

（3）刀桿材料為40Cr，表面經(jīng)高頻淬火，硬度達(dá)45HRC，刀環(huán)材料為W18Cr4V，刀環(huán)與刀桿孔的配合為H7/h6，刀環(huán)上的鍵槽經(jīng)過(guò)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(shè)計(jì)步驟及有關(guān)參數(shù)的選擇與整體矩形拉刀基本相同。根據(jù)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(yīng)大于0.015mm）和表面粗糙度時(shí)，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(yīng)交錯(cuò)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(shí)的摩擦，在拉刀鍵齒側(cè)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(lái)磨削。因?yàn)榈董h(huán)尺寸較大，容屑槽深度取的也較大，刀環(huán)前刀面、內(nèi)孔及兩側(cè)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(guò)渡刃，或（0.2～0.3）mm×45°的倒角形過(guò)渡刃。在拉削中，適當(dāng)加大前角，增加切削力，減小拉刀擠壓作用，抑制毛刺產(chǎn)生，一般取γ=10°～18°。拉刀后角不宜過(guò)大，避免減少刀磨次數(shù)，增加刀齒強(qiáng)度和剛性，后角取2°～5°。對(duì)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(wěn)，拉削表面質(zhì)量良好。

3.組裝矩形花鍵拉刀

在組裝時(shí)，首先把加工合格的拉刀精切齒、校準(zhǔn)齒刀環(huán)以及刀套、前導(dǎo)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(yù)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(huán)刀齒分圓處的刃帶上。用銅棒敲擊刀環(huán)，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(gè)將刀環(huán)調(diào)整至符合精度要求，各刀環(huán)、刀套、前導(dǎo)套之間調(diào)整好，然后將螺母緊固。

拉刀的組裝過(guò)程中緊固螺母時(shí)，為了避免將扭矩傳給刀桿，在前導(dǎo)套和刀環(huán)之間設(shè)計(jì)刀套，利用平鍵使刀套與刀體在圓周方向無(wú)扭轉(zhuǎn)力。

4.切削速度及潤(rùn)滑液選擇

應(yīng)綜合考慮拉刀、工件、機(jī)床各方面因素對(duì)拉削質(zhì)量，生產(chǎn)率，拉刀壽命的影響，可按下述規(guī)律選?。?/p>

（1）考慮表面粗糙度。拉削表面粗糙度數(shù)值較大時(shí)，拉削速度可以在3～7m/min范圍內(nèi)取。當(dāng)拉削表面粗糙度數(shù)值較小時(shí)，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(dāng)被拉削工件材料過(guò)硬時(shí)，應(yīng)選較低的拉削速度。對(duì)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(shí)，應(yīng)取較低的拉削速度。另外拉刀齒升量越大，拉削速度應(yīng)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(duì)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(yōu)點(diǎn)

（1）組裝式矩形花鍵拉刀精切齒、校準(zhǔn)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(zhì)量。組裝后，矩形齒形公差可達(dá)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(duì)內(nèi)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(zhǔn)齒中某個(gè)刀環(huán)磨損可單獨(dú)更換，拉刀其余部分可繼續(xù)使用，延長(zhǎng)拉刀使用壽命。在缺少大型設(shè)備的條件下，拉刀熱處理、刃磨、制造均較方便，容易保證質(zhì)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(nèi)部組織缺陷。切削部分刀環(huán)和刀套選用高速鋼制造，其余部分用合金工具鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼制造，節(jié)約了貴重的刀具材料，降低了拉刀材料費(fèi)用。

組裝式矩形花鍵拉刀經(jīng)用戶使用，取得到了滿意的效果，受到了用戶的好評(píng)。該拉刀技術(shù)先進(jìn)，適用可靠，既提高了生產(chǎn)效率，又節(jié)約了成本，為我國(guó)刀具行業(yè)發(fā)展開辟了新途徑。