拉刀崩刃和斷裂的分析與應對措施

李春元 李國明

摘? 要：航空發動機結構復雜對零部件的加工質量要求極高，現今在航空發動機的加工中主要采用的是機械切削法對各零部件進行加工。為滿足各種復雜零部件的加工要求，需要合理選擇加工工藝，尤其是對于加工刀具的選擇更是機械加工中的重點。拉刀是航空發動機機械加工中所使用的眾多刀具之一，由于航空發動機所使用的材質硬度較高對于刀具的磨損較大尤其是像拉刀這種屬于昂貴的精密刀具其在金屬切削的過程中如若處理不當將容易導致拉刀出現崩刃和斷裂，拉刀出現上述問題時不僅容易影響加工效率同時容易產生零件質量問題，增加了航空發動機的加工成本。本文在分析造成拉刀使用過程中出現崩刃和斷裂原因的基礎上，對如何采取有效措施避免拉刀出現崩刃和斷裂問題進行分析。

關鍵詞：拉刀;崩刃;斷裂;刃磨;參數

中圖分類號：TG715? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

拉刀是機械加工中的重要刀具之一，其主要用于成批和大量的圓孔、花鍵孔、鍵槽、榫槽、平面和表面成形的加工中。拉刀屬于較為昂貴的刀具，加之拉刀硬度較高如若在機械加工中未能合理控制好加工參數將極易導致出現崩刃和斷裂情況，致使零件出現嚴重質量問題。在拉刀的使用中應當采取有效措施，確保其得到合理的使用，避免崩刃和斷裂問題的產生。最大限度地發揮出拉刀的效能。

1 拉刀崩刃和斷裂的主要原因

1.1 加工零件材質硬度超出拉刀加工的有效范圍

在使用拉刀進行切削加工時，其所加工的零部件材質硬度最好控制在180HB～210HB，當零件硬度在這一區間范圍內時，使用拉刀進行加工不僅可加工性好且拉削加工后的零件表面質量也較好。當零件硬度超出這一區間范圍時，拉削加工時其可加工性將大幅降低，當硬度過低時進行拉削加工將容易出現堆屑，堆積在拉刀刃上的堆屑容易造成拉刀與零件相黏連而造成拉刀刀齒斷裂，當加工零件材質硬度過高時，將使得刀刃在長期的硬性接觸中產生疲勞斷裂。此外，如若所加工零件材質硬度不均勻將容易導致拉刀在使用過程中因受力不均而斷裂。因此在拉刀切削加工前，應當對所加工零件進行調質用以改善零件的可加工性，從而避免拉刀崩刃斷裂。拉削加工時，可以通過拉削所產生的切屑形狀來對零件的可加工性進行判斷，每個刀齒拉屑都呈卷狀則意味著加工性良好，反之則表明工件的可加工性較差。需要對刀齒角度進行重新設計或對零件熱處理工藝進行檢驗，以確保零件具有良好的可加工性。

1.2 拉刀熱處理存在缺陷

對拉刀進行熱處理有助于增強拉刀刃的硬度，如若在拉刀淬火過程中導致使拉刀硬度過高或過低，需要重新進行熱處理。而熱處理過程中出現彎曲變形過大或裂紋，則必須要對本批材料從新進行碳化物偏析不大于三級的檢測，避免在使用中出現質量問題。此外，在熱處理過程中不建議使用過重敲擊的校正方法，這將容易致使內應力在內部積聚無法釋放，必須重新進行人工時效，以免造成拉刀熱處理缺陷。

1.3 拉刀設計缺陷

拉刀在使用過程中應當結合所加工零件的材質合理設計拉刀的相關參數，如若拉刀容屑系數或齒距小，將容易造成拉削加工中切削屑的堆積進而造成刃崩裂或斷裂。拉刀需要結合零件材質合理設計前角和后角，前角和后角與零件材質硬度成反比即工件軟需要增大拉刀前角和后角，反之亦然，對于圓拉刀的前、后導參數應當合理地進行設計與選擇，確保拉刀在使用中拉刀刃能夠與零件進行合理的接觸。此外，對于成組花鍵拉刀的參數以及拉刀底徑需要進行合理的設計與選擇，確保拉刀能夠最大限度地發揮其效能，避免拉刀崩刃或是斷裂。

1.4 拉刀刀刃刃磨缺陷

拉刀刀刃與零件進行直接接觸，良好的刃磨質量將使得拉刀刀刃重新鋒利，在與零件接觸時減少應力的堆積，提高拉刀的工作效率和拉削加工的質量。在對拉刀進行刃磨時應當采取斷續靠磨的方式，避免刃口在磨削熱應力下產生磨削裂紋或退火。此外，在拉刀修磨過程中需要對拉刀原始的容屑槽深度與形狀進行嚴格控制，如若刃磨不到位致使拉刀容屑槽槽形不正確，會使拉刀在工作過程中的切削屑無法順利排出，致使切屑堆積在拉刀刀刃上造成黏屑、容屑槽堵塞等問題，并最終造成拉刀在應力的作用下產生崩刃或是斷裂。拉刀磨前后角的角度，刃磨不到位將使得刀刃的粗糙度過大，容易導致切屑無法沿著刀刃表面或是排屑槽順利的排出進而造成切屑堆積在刀刃表面。在拉刀刀齒上要合理開通斷屑槽，可以減小應力對拉刀的影響，提高拉刀使用周期。通過相關研究表明拉刀刀刃表面的粗糙度與拉刀的使用壽命呈反比，拉刀表面越光滑其使用壽命越長。拉削加工后如若拉刀表面的切屑未能及時清除干凈再次進行拉削加工時，切屑將堆積并堵塞容屑槽進而導致拉刀斷裂。在拉刀刀齒上要合理的開通斷屑槽，可以減小應力對拉刀的影響，有效提高拉刀使用周期。在使用一段時間后需要對拉刀進行修磨，以使得拉刀的各項參數能夠符合加工所需。如若強行繼續使用則會使得切屑急劇積聚在拉刀表面，并最終導致拉刀的斷裂。

1.5 零件尺寸或是形位精度超差

在使用拉刀進行拉削加工時，其幾何精度要滿足所加工零件尺寸精度要求。如若拉刀和零件尺寸定位基準不一致，將容易導致拉刀在使用中產生歪斜從而導致拉刀上各拉刀齒受力負荷不均。此外，拉刀工作時在零件的進和出刀側的負荷情況相反致使拉刀將受到極大的彎矩，在多種應力的作用下容易引起拉刀的斷裂。此外，圓拉刀應用時應當具有足夠的預制孔，如預制孔過小將致使拉刀前導部分受力過大進而造成擠壓斷裂。

1.6 拉刀拉削速度過高

拉削加工時是拉刀與零件進行硬接觸的過程，如若拉刀速度過快將加速拉刀的磨損，嚴重的還會導致刀刃崩裂或斷裂。在進行內表面拉削時，由于拉削系統剛性較差，如采用較高的拉削速度將致使拉刀刀刃受到極大的沖擊，沖擊過大時將容易導致拉刀的斷裂。

1.7 其他因素造成的拉刀崩刃或是斷裂

拉削加工時應當合理地選取拉刀參數，如若拉刀參數選取不當也容易導致拉刀刀齒斷裂。此外拉刀自身制造質量與拉刀的使用壽命密切相關。除了上述因素外其他一些因素如切削液、拉刀剛性、拉刀材料選取等都是造成拉刀刀齒斷裂的重要因素之一。在拉刀的使用過程中應當采取積極的措施來提高拉刀的使用壽命。

2 拉刀在使用過程中的注意事項

2.1 做好拉削前的準備

在拉削加工前做好對于零件粗加工保證拉削余量均勻、調整拉刀與零件的基準位置。在拉削加工前確保零件的硬度在合理的區間范圍內，保證拉刀具有良好的加工性。此外，應做好拉刀排列位置的控制，調整好夾具的位置和間隙公差，確保拉刀具有良好的應用性。

2.2 做好拉刀的重磨

拉刀在使用一段時間后需要對拉刀進行重磨，用以恢復拉刀的切削能力。通過良好的修磨不僅能夠恢復拉刀的磨削能力同時能夠有效地增強拉刀的使用壽命。拉刀重新刃磨的過程中應當盡量保持拉刀原始的結構特征。當拉刀刀刃有微小缺口時可以使用油石進行修磨，修磨時油石的移動方向要與拉刀工作方向相一致，避免往返移動，磨削時要確保拉刀刀刃具有足夠的粗糙度避免應力的集中。在完成了對于拉刀的刃磨后可以先進行木材的拉削用以去除拉刀刀刃毛刺并拋光。在拉刀使用和修磨過程中，需要嚴格記錄次數，為拉刀安全使用周期積累數據。

結語

拉刀在機械加工中的應用較廣，在使用過程中會因多種因素造成拉刀的崩刃或是刃齒斷裂進而影響到拉刀使用壽命與效果。本文在分析拉刀結構特性的基礎上對造成拉刀斷裂、崩刃的因素進行了分析，并就如何采取措施增強拉刀的使用壽命進行了分析介紹。

參考文獻

[1]任仲偉，王炎南，王冬.螺旋錐齒輪加工刀片失效分析及改進設計[J].機械，2015（5）：70-73.

[2]程慈齡.沖裁模具刃口磨損與模具壽命的分析[J].鍛壓技術，1990（2）：27-30.

[3]薛青萍.拉刀崩刃和斷裂的原因淺析[J].機械管理開發，2006（3）：28-29.