礦車輪轂直紋滾花刀的加工工藝及質量分析

楊柳華

（江蘇科技大學 工程訓練中心，江蘇 鎮江 212003）

礦車輪轂直紋滾花刀的加工工藝及質量分析

楊柳華

（江蘇科技大學 工程訓練中心，江蘇 鎮江 212003）

在機械制造中，由機床、刀具、夾具和工件共同組成的統一體，稱之為工藝系統，在這個系統中刀具作用是至關重要，本文重點闡述了礦車輪轂直紋滾花刀的加工工藝、質量分析以及熱處理工藝的改進等。

滾花刀；加工工藝；熱處理；質量分析

滾花刀又稱滾花輪，是機械加工中常用于機械零件表面增加摩擦力和裝飾的一種刀具，通過滾花刀在工件表面上滾壓，而形成有規則的凹凸紋理，紋理通常由直紋、網紋、斜紋和人字形紋等形狀，直紋和網紋一般是應用于增加零件表面摩擦力，斜紋和人字形紋一般是應用于零件表面裝飾。

如圖所示：是加工礦車輪轂外圓直紋的滾花刀，材料為Cr12冷模工具鋼，通過刀具在輪轂外圓的滾壓形成有規則的直紋，增加橡膠輪胎與輪轂外圓表面的摩擦力，達到橡膠輪胎與輪轂外圓表面的緊密集合為目的。目前市場上很難采購到大型輪轂所需要的滾花刀，所以滾花刀的制造就有為重要。下面就滾花刀的加工工藝和質量分析作如下闡述。

1 滾花刀的加工工藝

滾花刀的加工工藝步驟如下：

下料——車削加工——銑削加工——熱處理——磨削加工。

1.1 下料

采用廠家出廠的圓棒鋼料（?100Cr12圓鋼，退火狀態），下料尺寸為?100*36。

1.2 車削加工

滾花刀齒坯加工要求：由于加工后的齒坯要作為以后齒形加工和檢驗時的基準，而基準的精確程度對齒形加工時的定位和加工質量影響很大，因此必須十分重視對齒坯的加工［1］。

1）加工孔和端面：a.以毛坯外圓定位，加工端面，留齒坯長度33mm。b.鉆中心孔，然后采用?30mm的鉆頭鉆孔，再用?45mm的鉆頭擴孔。

2）鏜孔：先粗鏜孔尺寸到?49mm，再精鏜孔尺寸到?51.4mm。內孔單邊留0.3mm磨削量。

3）用已加工的孔和端面作為定位基準安裝在心棒上，加工其他的外圓、臺階和端面。大外圓尺寸：?89.2±0.05*10、臺階尺寸：?80*20、端面加工時要保證齒坯長度30mm、加工臺階和大外圓時采用圓弧過渡，圓弧半徑為5mm.。

4）倒角：大外圓兩端面和臺階端面倒角尺寸為1.5*45°，內孔兩端倒角尺寸為2*45°。

1.3 銑削加工

在臥式銑床上采用仿形法銑削滾花刀刀齒。具體的加工步驟如下：

1）銑刀的選用及安裝：采用規格為?75*90°*22雙角對稱的角度銑刀并安裝在銑床芯軸上。（如果沒有雙角對稱的角度銑刀，可以刃磨一把與刀齒齒槽形狀一致的短刀頭，采用單刀切削法加工齒形）。

2）安裝并調整分度頭及尾架：將分度頭安裝在銑床的縱向工作臺上，然后將樣棒（又稱調試棒尺寸?30*200）裝夾在分度頭主軸上，采用百分表校正樣棒的側母線與縱向工作臺進給方向平行，保證了分度頭主軸與縱向工作臺進給方向平行。調整分度頭主軸仰角為負0.478°。

3）分度計算：根據分度頭簡單分度原理計算分度手柄的轉數［2］

n=40/Z=40/70=16/28

即每銑好一個齒槽后，分度手柄應在28的孔圈上轉過16個孔距。

在分度時，為了避免數錯孔距，可利用分度叉來計算。在分度操作時還要注意的是，每分度一次都必須要鎖緊主軸，否則在加工刀齒時主軸會偏轉，影響齒槽的精度。

4）安裝心棒及齒坯：將齒坯有臺階的一面朝分度頭，將尾架后頂針頂在心棒另一頭的中心孔上，轉動尾架手輪，可使后頂針進出移動，以便裝卸工件。

5）刀具對中心試切：齒坯中心和銑刀中心線對準的方法，簡稱對中心。中心對準后要鎖緊橫向工作臺。

6）調整銑削用量：選擇主轉速為118r/min，進給速度為47.5mm/min.切削深度為1.4mm，（全齒高為1.55mm）。

7）調整縱向工作臺自動擋鐵，防止在銑削時刀具與分度頭相撞，損壞刀具和分度頭。

8）分齒依次銑削：先打開冷卻液，然后銑削兩個齒，測量齒尖的寬度，根據測量再微調切削深度，再銑削兩個齒，直到齒尖寬度為0.3mm為止。然后鎖緊升降臺，依次分齒銑完70刀齒。

1.4 熱處理工藝

Cr12冷模工具鋼的化學成分：［3］

牌號碳C硅Si錳Mn磷P硫（S）鎳（Ni）鉻（Cr）鈷（Co）銅（Cu）Cr12 2.00～2.3≤0.40≤0.40≤0.03≤0.03≤0.25 11.5～13.0≤1.0≤0.30

淬火工藝：

采用調質處理加低溫淬火：

1）調質工藝：升溫至840Co保溫1小時，升溫至1050Co保溫50分鐘入油淬火，去油，清洗，吹干，在760Co回火保溫1.5小時，空冷。

2）低溫淬火工藝：升溫至750Co預熱30分鐘，加熱至920Co保溫1小時，入油淬火，去油，清洗，吹干，在200Co回火保溫3～4小時，空冷。硬度≤60HRC［4］

在低溫淬火前先調質處理，以細化淬火前組織，在低溫淬火后可以改善組織，獲得細化的碳化物，消除網狀碳化物，從而提高沖擊韌性和抗彎強度，可以消除機械加工的組織應力，防止淬火裂紋和變形，提高滾花刀的使用壽命。

1.5 磨削加工

在內圓磨床或萬能外圓磨床上加工滾花刀的內孔至尺寸?52+0.006，表面粗糙度為1.6μm。

2 質量分析及工藝措施

1）在加工齒形時出現齒坯跳動、側擺，原因是齒坯的圓柱面與齒坯的中心線同軸度差，齒坯的端面與齒坯的中心線垂直度差。措施是在加工齒坯時一定要提高端面和孔的加工精度。

2）齒形向一邊傾斜又稱為困齒，原因是銑刀中心與齒坯的中心沒有對正。措施是重新對中心。

3）齒數不對，原因：a分度計算錯誤；b.分度時選錯了孔圈；c.分度叉使用不當。措施是仔細進行分度計算和正確使用分度頭。

4）齒槽兩側粗糙度差，有振紋，原因：a.銑刀不鋒利；b.進給量太大；c.銑刀芯軸有擺差；d.工件裝夾不穩；e.分度頭主軸沒有鎖緊。措施是：a選擇鋒利的銑刀；b減小進給量；c修整芯軸或更換；d仔細裝夾工件；e銑削時一定要固定分度頭主軸。

5）滾花刀在工作時出現齒形斷裂和裂紋；原因：a熱處理工藝不規范，淬火硬度太高；b材料不對。措施：a嚴格按照熱處理工藝要求進行操作；b認真檢查所用材料是否正確。

6）滾壓直紋不齊，出現“s”形；原因：a滾花刀刀架剛性不足；b裝夾滾花刀的軸銷磨損；c滾花刀的內孔兩端有錐度。措施：a提高刀架的剛性；b更換軸銷；c磨削內孔時首先要認真調整磨刀桿與縱向工作臺進給的方向要一致，減小進刀量，避免振動，防止出現讓刀現象。

3 結束語

在滾花刀的設計、選材、加工和熱處理等方面，進過了多次試驗從修改設計方案、更換刀具材料、改進加工工藝，尤其是熱處理工藝。曾用過T10A，40Cr等材料，在加工時發現刀具裂紋和變形比較嚴重。為了改善刀具的耐磨性，提高淬火硬度，但刀具在使用過程中崩齒現象很嚴重，降低淬火硬度，刀具的耐磨性和切削能力又降低很快，影響了刀具的使用壽命，試圖改變熱處理工藝，但效果都不明顯。后來擇用Cr12工具鋼，采用調質加低溫淬火熱處理工藝方法，經過使用，產品性能穩定，加工質量和刀具的使用壽命都有了很大的提高，節約了大量生產成本，提高了企業的經濟效益，同時也提高了企業的生產力。

［1］荊宏智.機械制造工藝學［M］.機械工業出版社 1992.12.

［2］羅秀文，糜世榮等.銑工工藝學［M］.科學普及出版社1984.7.

［3］馮曉曾等.模具用鋼及熱處理［M］.機械工業出版社 北京1982

［4］王明賢，舒文芬等.金屬材料及熱處理［M］.機械工業出版社1988.9.

楊柳華（1962—），男，助理工程師，大專，主要研究方向：機械制造和工程訓練。