拉刀崩刃和断裂的分析与应对措施

李春元 李国明

摘  要：航空发动机结构复杂对零部件的加工质量要求极高，现今在航空发动机的加工中主要采用的是机械切削法对各零部件进行加工。为满足各种复杂零部件的加工要求，需要合理选择加工工艺，尤其是对于加工刀具的选择更是机械加工中的重点。拉刀是航空发动机机械加工中所使用的众多刀具之一，由于航空发动机所使用的材质硬度较高对于刀具的磨损较大尤其是像拉刀这种属于昂贵的精密刀具其在金属切削的过程中如若处理不当将容易导致拉刀出现崩刃和断裂，拉刀出现上述问题时不仅容易影响加工效率同时容易产生零件质量问题，增加了航空发动机的加工成本。本文在分析造成拉刀使用过程中出现崩刃和断裂原因的基础上，对如何采取有效措施避免拉刀出现崩刃和断裂问题进行分析。

关键词：拉刀;崩刃;断裂;刃磨;参数

中图分类号：TG715          文献标志码：A

0 前言

拉刀是机械加工中的重要刀具之一，其主要用于成批和大量的圆孔、花键孔、键槽、榫槽、平面和表面成形的加工中。拉刀属于较为昂贵的刀具，加之拉刀硬度较高如若在机械加工中未能合理控制好加工参数将极易导致出现崩刃和断裂情况，致使零件出现严重质量问题。在拉刀的使用中应当采取有效措施，确保其得到合理的使用，避免崩刃和断裂问题的产生。最大限度地发挥出拉刀的效能。

1 拉刀崩刃和断裂的主要原因

1.1 加工零件材质硬度超出拉刀加工的有效范围

在使用拉刀进行切削加工时，其所加工的零部件材质硬度最好控制在180HB～210HB，当零件硬度在这一区间范围内时，使用拉刀进行加工不仅可加工性好且拉削加工后的零件表面质量也较好。当零件硬度超出这一区间范围时，拉削加工时其可加工性将大幅降低，当硬度过低时进行拉削加工将容易出现堆屑，堆积在拉刀刃上的堆屑容易造成拉刀与零件相黏连而造成拉刀刀齿断裂，当加工零件材质硬度过高时，将使得刀刃在长期的硬性接触中产生疲劳断裂。此外，如若所加工零件材质硬度不均匀将容易导致拉刀在使用过程中因受力不均而断裂。因此在拉刀切削加工前，应当对所加工零件进行调质用以改善零件的可加工性，从而避免拉刀崩刃断裂。拉削加工时，可以通过拉削所产生的切屑形状来对零件的可加工性进行判断，每个刀齿拉屑都呈卷状则意味着加工性良好，反之则表明工件的可加工性较差。需要对刀齿角度进行重新设计或对零件热处理工艺进行检验，以确保零件具有良好的可加工性。

1.2 拉刀热处理存在缺陷

对拉刀进行热处理有助于增强拉刀刃的硬度，如若在拉刀淬火过程中导致使拉刀硬度过高或过低，需要重新进行热处理。而热处理过程中出现弯曲变形过大或裂纹，则必须要对本批材料从新进行碳化物偏析不大于三级的检测，避免在使用中出现质量问题。此外，在热处理过程中不建议使用过重敲击的校正方法，这将容易致使内应力在内部积聚无法释放，必须重新进行人工时效，以免造成拉刀热处理缺陷。

1.3 拉刀设计缺陷

拉刀在使用过程中应当结合所加工零件的材质合理设计拉刀的相关参数，如若拉刀容屑系数或齿距小，将容易造成拉削加工中切削屑的堆积进而造成刃崩裂或断裂。拉刀需要结合零件材质合理设计前角和后角，前角和后角与零件材质硬度成反比即工件软需要增大拉刀前角和后角，反之亦然，对于圆拉刀的前、后导参数应当合理地进行设计与选择，确保拉刀在使用中拉刀刃能够与零件进行合理的接触。此外，对于成组花键拉刀的参数以及拉刀底径需要进行合理的设计与选择，确保拉刀能够最大限度地发挥其效能，避免拉刀崩刃或是断裂。

1.4 拉刀刀刃刃磨缺陷

拉刀刀刃与零件进行直接接触，良好的刃磨质量将使得拉刀刀刃重新锋利，在与零件接触时减少应力的堆积，提高拉刀的工作效率和拉削加工的质量。在对拉刀进行刃磨时应当采取断续靠磨的方式，避免刃口在磨削热应力下产生磨削裂纹或退火。此外，在拉刀修磨过程中需要对拉刀原始的容屑槽深度与形状进行严格控制，如若刃磨不到位致使拉刀容屑槽槽形不正确，会使拉刀在工作过程中的切削屑无法顺利排出，致使切屑堆积在拉刀刀刃上造成黏屑、容屑槽堵塞等问题，并最终造成拉刀在应力的作用下产生崩刃或是断裂。拉刀磨前后角的角度，刃磨不到位将使得刀刃的粗糙度过大，容易导致切屑无法沿着刀刃表面或是排屑槽顺利的排出进而造成切屑堆积在刀刃表面。在拉刀刀齿上要合理开通断屑槽，可以减小应力对拉刀的影响，提高拉刀使用周期。通过相关研究表明拉刀刀刃表面的粗糙度与拉刀的使用寿命呈反比，拉刀表面越光滑其使用寿命越长。拉削加工后如若拉刀表面的切屑未能及时清除干净再次进行拉削加工时，切屑将堆积并堵塞容屑槽进而导致拉刀断裂。在拉刀刀齿上要合理的开通断屑槽，可以减小应力对拉刀的影响，有效提高拉刀使用周期。在使用一段时间后需要对拉刀进行修磨，以使得拉刀的各项参数能够符合加工所需。如若强行继续使用则会使得切屑急剧积聚在拉刀表面，并最终导致拉刀的断裂。

1.5 零件尺寸或是形位精度超差

在使用拉刀进行拉削加工时，其几何精度要满足所加工零件尺寸精度要求。如若拉刀和零件尺寸定位基准不一致，将容易导致拉刀在使用中产生歪斜从而导致拉刀上各拉刀齿受力负荷不均。此外，拉刀工作时在零件的进和出刀侧的负荷情况相反致使拉刀将受到极大的弯矩，在多种应力的作用下容易引起拉刀的断裂。此外，圆拉刀应用时应当具有足够的预制孔，如预制孔过小将致使拉刀前导部分受力过大进而造成挤压断裂。

1.6 拉刀拉削速度过高

拉削加工时是拉刀与零件进行硬接触的过程，如若拉刀速度过快将加速拉刀的磨损，严重的还会导致刀刃崩裂或断裂。在进行内表面拉削时，由于拉削系统刚性较差，如采用较高的拉削速度将致使拉刀刀刃受到极大的冲击，冲击过大时将容易导致拉刀的断裂。

1.7 其他因素造成的拉刀崩刃或是断裂

拉削加工时应当合理地选取拉刀参数，如若拉刀参数选取不当也容易导致拉刀刀齿断裂。此外拉刀自身制造质量与拉刀的使用寿命密切相关。除了上述因素外其他一些因素如切削液、拉刀刚性、拉刀材料选取等都是造成拉刀刀齿断裂的重要因素之一。在拉刀的使用过程中应当采取积极的措施来提高拉刀的使用寿命。

2 拉刀在使用过程中的注意事项

2.1 做好拉削前的准备

在拉削加工前做好对于零件粗加工保证拉削余量均匀、调整拉刀与零件的基准位置。在拉削加工前确保零件的硬度在合理的区间范围内，保证拉刀具有良好的加工性。此外，应做好拉刀排列位置的控制，调整好夹具的位置和间隙公差，确保拉刀具有良好的应用性。

2.2 做好拉刀的重磨

拉刀在使用一段时间后需要对拉刀进行重磨，用以恢复拉刀的切削能力。通过良好的修磨不仅能够恢复拉刀的磨削能力同时能够有效地增强拉刀的使用寿命。拉刀重新刃磨的过程中应当尽量保持拉刀原始的结构特征。当拉刀刀刃有微小缺口时可以使用油石进行修磨，修磨时油石的移动方向要与拉刀工作方向相一致，避免往返移动，磨削时要确保拉刀刀刃具有足够的粗糙度避免应力的集中。在完成了对于拉刀的刃磨后可以先进行木材的拉削用以去除拉刀刀刃毛刺并抛光。在拉刀使用和修磨过程中，需要严格记录次数，为拉刀安全使用周期积累数据。

结语

拉刀在机械加工中的应用较广，在使用过程中会因多种因素造成拉刀的崩刃或是刃齿断裂进而影响到拉刀使用寿命与效果。本文在分析拉刀结构特性的基础上对造成拉刀断裂、崩刃的因素進行了分析，并就如何采取措施增强拉刀的使用寿命进行了分析介绍。

参考文献

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