拉削加工中缺陷產(chǎn)生的原因及消除辦法

1、拉削加工中缺陷產(chǎn)生的原因及消除辦法    【摘要】在拉削加工過程中，也會產(chǎn)生一些缺陷，如何分析這些缺陷，并在分析的基礎上采取相應的措施，以確保拉削加工時獲得較高的產(chǎn)品質量，文章就這方面的問題進行一些探討。【關鍵詞】拉削加工；缺陷；原因；消除辦法拉削加工具有生產(chǎn)率高、能穩(wěn)定獲得較高的尺寸加工精度和表面粗糙度，而拉削刀具兩次重磨間的耐用度及總的使用壽命高，因此，在機械加工廣泛采用。但在拉削加工過程中，也會產(chǎn)生一些缺陷，如何分析這些缺陷，并在分析的基礎上采取相應的措施，以確保拉削加工時獲得較高的產(chǎn)品質量，本文就這方面的問題進行一些探討。由于拉刀設計不完善，制造

2、質量不高，操作不正確，以及工件材料工藝準備不當?shù)?，都可能使拉削過程產(chǎn)生各種缺陷。這些缺陷通常可以歸納為以下四個方面：（1）拉削表面粗糙度達不到要求；（2）被拉削工件尺寸、形狀和位置發(fā)生偏差；（3）拉刀耐用度低；（4）拉刀的崩刃和斷裂；為了盡可能避免上述缺陷的產(chǎn)生，以及在缺陷產(chǎn)生時能迅速找出原因并加以消除，現(xiàn)將各種缺陷產(chǎn)生的原因及消除方法介紹如下：一、拉削表面粗糙度達不到要求拉削時，拉削表面粗糙度的好壞，幾乎與拉削過程中的所有因素都有關系。一般說來，拉刀的齒升量及拉削速度越小。同時工作齒數(shù)越多，刀齒前角選擇適宜，刀齒表面粗糙越高，容屑槽形狀越適當和粗糙度越高，工件材料的可加工性越好，拉床工作狀態(tài)

3、越好，拉削過程越平穩(wěn)，拉削表面的粗糙度就越好。另外，切削液和冷卻方式對拉削表面質量也起著十分重要的作用。但是，在實際操作中，由于拉削條件的不同，要完全合理地 掌握各種因素，并不是一件容易的事。因此，拉削表面粗糙度低，常常是生產(chǎn)中最突出的問題。其中，最常見的缺陷主要有三種，既鱗刺、劃痕和波紋，成為提高拉削表面粗糙度的最大障礙。（一）拉削表面的鱗刺在被拉削工作的表面及鍵槽的側面上，常常可以發(fā)現(xiàn)一些局部（靠工作拉出端）的鱗刺狀毛刺，這就是所謂鱗刺（圖1-51），或稱為撕裂。鱗刺出現(xiàn)時，往往會使拉削表面的粗糙度降低24級，因此，它對提高拉削表面粗糙度有嚴重的影響。鱗刺形成的原因是：在拉削過程

4、中，切屑由于摩擦力的變化而在刀齒前刀面上周期性停留，代替切削刃推擠被切削層，造成被切削層金屬的聚集而使切削厚度向切削線以下增大，使已加工表面上產(chǎn)生應力而被擠裂；然后，切削刃擦過這部分金屬繼續(xù)切削，從而在已加工表面上留下鱗片朝向與拉刀運動方向相反的鱗刺。當拉刀刀齒上生成積屑瘤時，仍然可以產(chǎn)生鱗刺。這時，積屑留便起著切削刃的作用。引起鱗刺的主要因素有如下幾方面：（1）拉削速度  在很低的拉削速度（約1.7米/分）時，鱗刺就開始形成。隨著拉削速度的提高，其高度也相應增大。因此，降低拉削速度，可以減少鱗刺的生成和減低鱗刺的高度。（2）拉刀的齒升量  在相同的拉削

5、速度下，在拉削一般材料時，鱗刺的高度隨著拉刀齒升量的增大而增大。采用過大的齒升量，或因齒升量不均勻而引起某一刀齒齒升量過大時，往往會形成很深的鱗刺，以至難以被后面的精切齒所消除。而在拉削花鍵或鍵槽時，鱗刺則會直接留在鍵側上。因此，減小齒升量，有利于減小鱗刺高度。但在拉削不銹鋼等難加工材料時，由于冷作硬化現(xiàn)象比較嚴重，刀齒在冷硬層上拉削時容易產(chǎn)生鱗刺。在這種情況下，拉刀的齒升量則不宜過小（0.050.06毫米），以便刀刃在未硬化的金屬層內正常地切削。（3）刀齡前角  在拉削過程中，鱗刺的高度隨著拉刀前角的增大而減小。因此，在出現(xiàn)鱗刺時，可重磨拉刀，以適當增大前角。（4）工件材

6、料的硬度及熱處理狀況  工件材料的硬度及熱處理狀況對鱗刺高度有很大影響。通常在拉削軟鋼時，鱗刺最嚴重。因此，在拉削前，應對被拉削材料進行正火或調質處理，使材料的硬度在HB200至240之間最利于拉削。 （5）切削液  具有良好潤滑性能的切削液能抑制鱗刺的生長，因而能降低鱗刺的高度，甚至不使鱗刺生成。因此，采用潤滑性能較好的極壓乳化切削油或極壓切削油，可以減少鱗刺的生民。綜上所述，當拉削中出現(xiàn)鱗刺時，可以采取如下措施：降低切削速度；增大前角；在工藝許可的情況下，對材料進行適當?shù)臒崽幚?，采用潤滑性能好的切削液。（二）拉削表面的劃痕正如在“積屑瘤及其

7、在拉削中的作用”一節(jié)中所指出的那樣，拉削表面上劃痕（圖1）是由拉刀切削刃上的積屑瘤所引起的。拉削過程中，當切削刃上出身積屑瘤后，便相當牢固地粘結在刀齒的前后刀面上，代替切削刃進行切削。由于切削刃上各點所生成的積屑瘤形狀不規(guī)則，猶如鋸齒一樣，因而使切出的表面也復印上這種不規(guī)劃的痕跡，即在拉削表面上出現(xiàn)道道縱向劃痕和溝紋。由此可見，要消除拉削表面上的劃痕，就必須抑制積屑瘤的產(chǎn)生。積屑瘤的生成主要受下列因素的影響：（1）當拉刀的拉削速度低于2米/分時，一般不會生成積屑瘤；隨著拉削速度的提高，積屑瘤也相應增大。（2）拉刀的齒升量越小、前角越大，積屑瘤就越難以生長。（3）工件材料的硬度很低時，積屑瘤生長

8、很迅速，工件表面很難得到滿意的光潔度。在這種情況下，應通過熱處理，適當增加材料硬度。（4）在相同的條件下，凡刀齒切削刃上擠壓和磨擦比較嚴重的部位，積屑瘤都會特別增大。因此，當切削刃上有微小的損傷（如微小崩刃、磕碰痕跡等）或制造缺陷（發(fā)分屑槽磨成前傾等）時，該部位所生成的積屑瘤會比切削刃的其他部位大得多，從而會在拉削表面的相應部位上產(chǎn)生很深的溝紋。當后面的精切刀齒不能消除這些溝紋時，便使加工表面殘留下這些缺陷或出現(xiàn)刀齒分屑槽的痕跡。（5）拉刀刀齒的齒面光潔度越高，切屑與刀齒表面的摩擦便越小，積屑瘤就越不易生成。（6）采用潤滑性能良好的切削液，能防止切屑與刀齒的粘結，因而可以抑制積屑瘤的生成。從以

9、上所述可以看出，影響積屑瘤生成的因素與影響鱗刺生成的因素基本相同。因此，為防止鱗刺而采取的各項措施，即降低拉削速度、增大前角、在工藝許可的情況下對材料進行適當?shù)臒崽幚?、采用潤滑性能好的切削液等，對防止拉削表面的劃痕也完全有效。（三）拉削表面上的環(huán)狀波紋在拉削的內表面上，常?？梢园l(fā)現(xiàn)有許多彼此相距一個齒距的環(huán)狀條紋，這就是所謂“環(huán)狀波紋”。在條紋區(qū)域內，表面光潔度比工作其他表面的光潔度要低些。如前所述，產(chǎn)生環(huán)狀波紋的原因，是由于拉刀刀齒交替工作時同時工作齒數(shù)的變化而引起拉削力和拉削速度的變化，從而使拉削過程產(chǎn)生總支和工件的彈性變形而造成的。另外，拉床的剛性和拉削力的大小，工件定位的穩(wěn)定性，以及拉

10、削中的振動等，對環(huán)狀波紋和表面光潔度也有較大的影響。為了防止環(huán)狀波紋的產(chǎn)生，應在許可的情況下適當?shù)卦黾永兜耐瑫r工作齒數(shù)、增大前角、減小齒升量或采用不等距齒距的拉刀。此外，還應采取措施消除拉削過程中的振動，提高拉削過程的平穩(wěn)性。（四）花鍵槽側面粗糙度差在拉削花鍵孔時，其花鍵側面不是由拉刀的主切削刃（即圓周上的切削刃）切出，而是由副切削刃（即刀齒側刃）切出的。對分層法拉削的花鍵拉刀來說，它的每一刀齒的副切削刃都參與槽側的成形，因而會使槽側出現(xiàn)各刀齒切痕間相互銜接的條紋。此外，由于其刀齒副切削刃沒有后角，拉削時實際上是在擠壓和撕下金屬，這不僅降低了槽側的光潔度，而且使形成的切屑邊緣碎裂。這些切屑在

11、前刀面的擠壓下，力圖向兩邊擴展。但其兩邊被所拉花鍵槽壁包圍，因而切屑的碎裂端面會與槽壁發(fā)生嚴重的摩擦而拉毛槽壁（圖2）。當?shù)洱X轉角處被磨損而倒圓后，上述情況將更為嚴重，槽側的光潔度會急劇惡化，產(chǎn)生粗大的劃痕或嚴重的鱗刺。為了改善花鍵槽側面的粗糙度，除了在拉削中采取防止鱗刺和劃痕產(chǎn)生的有關措施，注意保持刀齒主、副切削刃的鋒利和防止刀齒齒角倒圓外，在允許的情況下，還可以用減小拉刀的齒升量，以及把分屑槽開得造近刀齒轉角處等措施，使槽側光潔度得到一些改善（因為分屑槽靠近刀齒轉角處可減輕切屑端面對槽壁的摩擦）。      圖2：以分層法拉削花鍵

12、時切屑          圖3：輪切式花鍵拉刀拉削時的對槽壁的摩擦                          切屑形成狀況采用輪切式花鍵拉刀可以進一步改善花鍵槽側的粗糙。如圖3所示。由于輪切式花鍵拉刀是成組拉削的（現(xiàn)以兩齒一組為例）

13、，第一個刀齒是帶月牙槽倒角的刀齒，只切去花鍵槽中部的金屬，切屑不會與槽壁發(fā)生摩擦；而第二個刀齒具有與分層法拉刀刀齒相同的形狀，但它只是在兩齒角處切去上一刀齒留下的金屬，因此，切屑在花鍵槽內具有較大的擴展空間，一經(jīng)切下便能立即離開槽壁，從而大大減輕了切屑端面對槽壁的摩擦。再加之其刀齒兩側刃作有較大的側隙角、較窄的刃帶和后角（通過磨刀齒鍵寬時將拉刀尾部稍稍抬高而獲得），因而可以得到較好的花鍵槽壁粗糙度。（五）在表面粗糙度低的上述各種問題中，拉刀的磨鈍是引起拉削表面光潔度降低的重要原因之一拉刀的磨損程度越厲害，上述各種缺陷也就越嚴重。因此，及時重磨拉刀，使拉刀保持良好的切削性能，是獲得具有高粗糙度拉

14、削表面的重要保證。二、被拉削工件尺寸、形狀和位置發(fā)生偏差如果拉刀的設計、制造尺寸不合格或拉刀嚴重磨損，那么所拉出的工件尺寸便不會合格，這是不言而喻的。但是，常常還會發(fā)生這樣的情形，即拉刀的設計、制造尺寸完全合格，而加工出的工件尺寸、形狀或位置卻不合格。這就需要從拉刀制造及使用的各因素中找出產(chǎn)生上述缺陷的原因及消除缺陷的方法。（一）拉削后工件尺寸不合格由于加工材料性質的不同和工件形狀的影響，拉出的孔往往會出現(xiàn)“擴大”或“收縮”現(xiàn)象。通常在拉削脆性材料時容易產(chǎn)生“擴大”現(xiàn)象，而在拉削韌性材料及薄壁工件時則容易產(chǎn)生“收縮”現(xiàn)象。設計拉刀時，其校準齒尺寸已考慮了拉削加工時的擴大量，因此在拉削中發(fā)生孔徑

15、擴大超差的情況比較少。但拉削中影響工件發(fā)生“收縮”的因此比較多，而收縮量的變化也較大（可達0.020.04毫米）。因此，用常規(guī)設計的拉刀加工時，常常出現(xiàn)拉后孔徑變小的現(xiàn)象。孔徑發(fā)生收縮的主要原因，是由于拉削時很大的徑向切削力會使韌性材料的工件產(chǎn)生塑性和彈性變形。當拉刀通過工件后，工件由于彈性恢復而使孔徑發(fā)生收縮。徑向切削力越大，工件剛性越差，工件的收縮就越嚴重。因此，要減小孔徑的收縮，就必須減小切削力和增加工件剛性，或采取其他有效措施。拉削中影響徑向切削力的因素很多。采用極壓切削油代替乳化液，增大刀齒前角，保持切削刃的鋒利，在允許的情況下減小齒升量等，都可以減小切削力，從而減少孔徑的收縮。當拉

16、出的孔徑縮小得較多時，則應另外制造或選用校準齒尺寸較大的拉刀加工。如果工件孔型簡單而批量不大時，也可將工件在拉刀上套正后再拉一次。工件孔壁的厚度及形狀，對孔徑的收縮量及收縮形式也有很大影響。例如，當工件的外形呈雛形時，拉削中孔壁各部分在切削力作用下所發(fā)生的彈性變形程度便不一樣，薄的部分較大，厚的部分較小，因而使拉出的孔因各部門收縮量不同而出現(xiàn)雛度。因此，為了減小拉削孔徑的不規(guī)則收縮，工件的孔壁厚度應盡可能大一些和盡可能均勻些。（二）被拉削孔形有偏差拉削中還常常會發(fā)生被拉削孔形與圖紙規(guī)定的形狀出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象，如規(guī)定的圓孔變成為橢圓孔或卵圓孔，或所拉的多邊形孔（正方形、六邊形等）各邊的夾角發(fā)生歪曲

17、等，就是這樣的例子。發(fā)生上述孔形偏差，除由拉刀本身齒形的誤差引起外，還可能有下述幾種原因：1當拉刀在拉床上安裝不正，工件基準端面與預制孔不垂直，以及基準端面與夾上支承面間夾有碎切屑而使工件定位歪斜時，拉刀軸線與被拉削孔軸線將會產(chǎn)生歪斜，從而使被拉削孔產(chǎn)生嗽叭口、橢圓度或局部擴大，或使被拉孔與基準端面不垂直（圖4）。為此，操作時應注意正確地安裝拉刀，提高基準端面與預制孔的垂直度，以及使工件苦痛端面與夾具支承面保持平整和清潔。2當拉刀的彎曲較大時，也會使拉出的孔徑或鍵寬增大和使孔形產(chǎn)生偏差。因此，彎曲較大的拉刀應在校直后再使用。3當工件的孔壁較薄而端截面內各個方向的厚度不同時，拉削后，壁薄的部分收

18、縮較大，從而使孔形發(fā)生畸變（圖4）。當孔壁沿軸線的厚度不均勻時，拉削后內孔亦會因發(fā)生局部變形而出現(xiàn)喇叭口、腰鼓形或錐形（圖5）。在這種情況下，應采取防止工件收縮的有關措施。圖4  拉刀及工件歪斜而使孔形發(fā)生偏差                           圖5  因孔壁收縮而產(chǎn)生的

19、內孔變形4當拉刀相對兩半圓刀齒的鋒利程度不一樣或刃帶寬窄不一致時，會使拉刀的徑向切削分力不平衡，從而使拉刀偏向切削力較小的一邊（即刃口較鋒利或刃帶較窄的一邊）。出現(xiàn)這種情況，是由于在磨制和刃磨時拉刀的徑向跳動太大，使刀齒圓周各處的磨去量不同所致。為此，在磨制和重磨拉刀時，應通過校直，使拉刀的跳動限制在一定的范圍內。5當拉刀和夾頭的配合過松或拉刀較長和較重時，拉刀會由于自重而一端下垂，致使拉刀在工作時因一側吃刀過多而引起所拉內孔的偏移（如圖）。在這種情況下，除應使夾頭與拉刀柄部保持良好的配合外，還應使用滑動支座支撐拉刀的尾部，以防止尾部下垂和保證拉刀的正確導向（圖1-59）。當拉刀的長度和重量不

20、太大時，也可在拉削開始前用手輕輕托住拉刀的后導部分，待拉刀開始拉削后再放開，這樣也可減少拉刀的下垂。6有時在花鍵孔的拉出部分會發(fā)現(xiàn)花鍵槽深淺不一樣，有的鍵槽側壁有被過切的刀痕。這是由于拉刀后導部分長度太短，工件和后導部分的間隙太大，以及拉削中產(chǎn)生了拉刀的歪斜和側向力所致。為了理論上這種缺陷，不僅需要檢查拉刀的直線性、切削刃的鋒利程度和均勻性，調整好拉刀、拉刀夾頭和工件夾具間的同心度，而且應適當加長后導部分的長度，并使之與工件之間保持較小的間隙。7由于定位不良和振動而使工件在拉削中發(fā)生移動或轉動時，也會使拉出的內孔發(fā)生偏移。為此，應注意工件基準端面和夾具支承面的平整性，并防止拉削中的振動。8工件

21、材料的理度在圓周方向上不均勻時，拉削中會使拉刀偏向硬度較低的一方。因此，在工件熱處理時應注意采取適當?shù)墓に嚕共牧细鞑糠钟捕染鶆蛞恢隆?如果拉削時切削液僅澆注到拉刀的一邊，而另一邊澆不到，那么也可能使拉出的內孔發(fā)生偏移。因為澆到切削液的一邊削力較小，而未澆到的一邊切削力較大，從而使拉刀偏向有切削液的一邊。因此，拉削中切削液的澆注應充足和均勻。綜上所述，拉削中引起內孔偏移的因素是很多的。在大多數(shù)情況下，可能通過拉刀的正確使用來予以防止。而在對工件內外圓同心度有嚴格要求的場合，則必須同時拉削內孔或采用刀齒間帶有導向圓柱的拉刀拉削。三、拉刀的耐用度低通常，一把質量良好而使用正確的拉刀，在兩次重磨間可

22、以加工幾百件到上千件工件。但有的拉力卻達不到這樣的要求，這就表示拉力的耐用度太低。造成拉刀耐用度低的原因，一般有如下幾方面：（1）刀齒硬度不夠：由于熱處理不當，刀齒的硬度未達要求的HRC6366，或刀齒上存在軟點時，都會使拉刀在使用中迅速磨鈍。（2）刀齒在刃磨中退火：在刃磨或重磨時，由于進刀太快或吃刀過大，都會引起刀刃因過熱退火而降低硬度，因此在拉削中會很快磨損。（3）拉刀重磨質量低：如果重磨時光潔度低，容屑槽形不正確，前刀面因干涉則變成曲面，且前角減小時，都會惡化拉刀的切削性能，降低其耐用度。（4）工件材料硬度過高：工件材料硬度過高（HB>280）或材料中夾有硬質點，工件表面有氧化皮等

23、硬化層時，都會使刀齒很快磨損或損壞。（5）齒升量過大或齒升量不均勻：當拉刀齒升量過大或因齒升量不均勻而引起個別刀齒的齒升量過大時，齒升量的刀齒容易較快地被磨損，降低了整個拉刀的耐用度。（6）拉削速度過高：拉削速度過高，會加劇刀齒的發(fā)熱和摩擦，從而使刀齒迅速磨鈍。（7）切削液和冷卻方式不當：切削液選擇不當和澆注方式不正確時，會使拉刀的耐用度出現(xiàn)較大的差別。（8）刀齒上出現(xiàn)屑瘤：在一定的切削條件下，刀齒切削刃上的積屑瘤會導致拉削表面光潔度的惡化。這時，雖然刀齒的磨損不大，但由于被加工工件不合格而必須將拉刀提前送交重磨。針對上述引起拉刀耐用度低的原因，在拉刀設計、制造、重磨和使用上采取相應措施，即可使拉刀的耐用度得到提高。四、拉刀的崩刃與斷裂拉削中造成拉刀崩刃和斷裂的因素很多。當拉刀受到過大的側向力、拉削力或拉刀的制造有缺陷時，都可能引起拉刀的斷裂，而刀齒的崩刃也是引起拉刀斷裂的直接原因。因為一個刀齒出現(xiàn)較大的崩刃后，其碎片會導致后面刀齒的連續(xù)損壞，從而使拉刀發(fā)生斷裂。因此，崩刃和斷裂的許多原因都是相同的。這些原因主要有如下一些方面：（1）在拉刀的容屑系數(shù)小于所需值，