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1、拉削加工中缺陷产生的原因及消除办法【摘要】在拉削加工过程中，也会产生一些缺陷，如何分析这些缺陷，并在分析的基础上采取相应的措施，以确保拉削加工时获得较高的产品质 量，文章就这方面的问题进行一些探讨。【关键词】拉削加工；缺陷；原因；消除办法拉削加工具有生产率高、能稳定获得较高的尺寸加工精度和表面粗糙度，而拉 削刀具两次重磨间的耐用度及总的使用寿命高，因此，在机械加工广泛采用。但在拉削加工过程中，也会产生一些缺陷，如何分析这些缺陷，并在分析的基 础上采取相应的措施，以确保拉削加工时获得较高的产品质量，本文就这方面 的问题进行一些探讨。由于拉刀设计不完善，制造质量不高，操作不正确，以 及工件材料工艺
2、准备不当等，都可能使拉削过程产生各种缺陷。这些缺陷通常 可以归纳为以下四个方面：（1）拉削表面粗糙度达不到要求；（2）被拉削工 件尺寸、形状和位置发生偏差；（3）拉刀耐用度低；（4）拉刀的崩刃和断 裂；为了尽可能避免上述缺陷的产生，以及在缺陷产生时能迅速找出原因并加 以消除，现将各种缺陷产生的原因及消除方法介绍如下：一、拉削表面粗糙度达不到要求拉削时，拉削表面粗糙度的好坏，几乎与拉削过程中的所有因素都有关系。一 般说来，拉刀的齿升量及拉削速度越小。同时工作齿数越多，刀齿前角选择适 宜，刀齿表面粗糙越高，容屑槽形状越适当和粗糙度越高，工件材料的可加工 性越好，拉床工作状态越好，拉削过程越平稳，拉
3、削表面的粗糙度就越好。另 外，切削液和冷却方式对拉削表面质量也起着十分重要的作用。但是，在实际 操作中，由于拉削条件的不同，要完全合理地掌握各种因素，并不是一件容易的事。因此，拉削表面粗糙度低，常常是生产中最突出的问题。其中，最常 见的缺陷主要有三种，既鳞刺、划痕和波纹，成为提高拉削表面粗糙度的最大 障碍。（一）拉削表面的鳞刺在被拉削工作的表面及键槽的侧面上，常常可以发现一些局部（靠工作拉出端）的鳞刺状毛刺，这就是所谓鳞刺（图 1-51）,或称为撕裂。鳞刺出现时， 往往会使拉削表面的粗糙度降低 24级，因此，它对提高拉削表面粗糙度有严 重的影响。鳞刺形成的原因是：在拉削过程中，切屑由于摩擦力的
4、变化而在刀齿前刀面上 周期性停留，代替切削刃推挤被切削层，造成被切削层金属的聚集而使切削厚 度向切削线以下增大，使已加工表面上产生应力而被挤裂；然后，切削刃擦过 这部分金属继续切削，从而在已加工表面上留下鳞片朝向与拉刀运动方向相反 的鳞刺。当拉刀刀齿上生成积屑瘤时，仍然可以产生鳞刺。这时，积屑留便起 着切削刃的作用。引起鳞刺的主要因素有如下几方面：（1）拉削速度在很低的拉削速度（约1.7米/分）时，鳞刺就开始形成。随着拉削速度的提高，其 高度也相应增大。因此，降低拉削速度，可以减少鳞刺的生成和减低鳞刺的高 度。（2）拉刀的齿升量在相同的拉削速度下，在拉削一般材料时，鳞刺的高度随着拉刀齿升量的增
5、大而增大。采用过大的齿升量，或因齿升量不均匀而 引起某一刀齿齿升量过大时，往往会形成很深的鳞刺，以至难以被后面的精切 齿所消除。而在拉削花键或键槽时，鳞刺则会直接留在键侧上。因此，减小齿 升量，有利于减小鳞刺高度。但在拉削不锈钢等难加工材料时，由于冷作硬化现象比较严重，刀齿在冷硬层上拉削时容易产生鳞刺。在这种情况下，拉刀的 齿升量则不宜过小（0.050.06毫米），以便刀刃在未硬化的金属层内正常地 切削。（3）刀龄前角在拉削过程中，鳞刺的高度随着拉刀前角的增大而减小。因此，在出现鳞刺时，可重磨拉刀，以适当增大前角。（4）工件材料的硬度及热处理状况工件材料的硬度及热处理状况对鳞刺高度有很大影响。
6、通常在拉削软钢时，鳞刺最严重。因此，在拉削前，应对被拉削材料进行正火或 调质处理，使材料的硬度在 HB200至240之间最利于拉削。（5）切削液具有良好润滑性能的切削液能抑制鳞刺的生长，因而能降低鳞刺的高度，甚至不使鳞刺生成。因此，采用润滑性能较好的极压乳化切削油或极压切 削油，可以减少鳞刺的生民。综上所述，当拉削中出现鳞刺时，可以采取如下 措施：降低切削速度；增大前角；在工艺许可的情况下，对材料进行适当的热 处理，采用润滑性能好的切削液。（二）拉削表面的划痕正如在“积屑瘤及其在拉削中的作用” 一节中所指出的那样，拉削表面上划痕 （图1）是由拉刀切削刃上的积屑瘤所引起的。拉削过程中，当切削刃上
7、出身积屑瘤后，便相当牢固地粘结在刀齿的前后刀面上，代替切削刃进行切削。由 于切削刃上各点所生成的积屑瘤形状不规则，犹如锯齿一样，因而使切出的表 面也复印上这种不规划的痕迹，即在拉削表面上出现道道纵向划痕和沟纹。由 此可见，要消除拉削表面上的划痕，就必须抑制积屑瘤的产生。积屑瘤的生成主要受下列因素的影响：（1）当拉刀的拉削速度低于2米/分 时，一般不会生成积屑瘤；随着拉削速度的提高，积屑瘤也相应增大。（2）拉刀的齿升量越小、前角越大，积屑瘤就越难以生长。（3）工件材料的硬度很低 时，积屑瘤生长很迅速，工件表面很难得到满意的光洁度。在这种情况下，应 通过热处理，适当增加材料硬度。（4）在相同的条件
8、下，凡刀齿切削刃上挤压 和磨擦比较严重的部位，积屑瘤都会特别增大。因此，当切削刃上有微小的损 伤（如微小崩刃、磕碰痕迹等）或制造缺陷（发分屑槽磨成前倾等）时，该部 位所生成的积屑瘤会比切削刃的其他部位大得多，从而会在拉削表面的相应部 位上产生很深的沟纹。当后面的精切刀齿不能消除这些沟纹时，便使加工表面 残留下这些缺陷或出现刀齿分屑槽的痕迹。（5）拉刀刀齿的齿面光洁度越高， 切屑与刀齿表面的摩擦便越小，积屑瘤就越不易生成。（6）采用润滑性能良好的切削液，能防止切屑与刀齿的粘结，因而可以抑制积屑瘤的生成。从以上所 述可以看出，影响积屑瘤生成的因素与影响鳞刺生成的因素基本相同。因此， 为防止鳞刺而采
9、取的各项措施，即降低拉削速度、增大前角、在工艺许可的情 况下对材料进行适当的热处理、采用润滑性能好的切削液等，对防止拉削表面 的划痕也完全有效。（三）拉削表面上的环状波纹在拉削的内表面上，常常可以发现有许多彼此相距一个齿距的环状条纹，这就 是所谓“环状波纹”。在条纹区域内，表面光洁度比工作其他表面的光洁度要 低些。如前所述，产生环状波纹的原因，是由于拉刀刀齿交替工作时同时工作 齿数的变化而引起拉削力和拉削速度的变化，从而使拉削过程产生总支和工件 的弹性变形而造成的。另外，拉床的刚性和拉削力的大小，工件定位的稳定 性，以及拉削中的振动等，对环状波纹和表面光洁度也有较大的影响。为了防 止环状波纹的
10、产生，应在许可的情况下适当地增加拉刀的同时工作齿数、增大 前角、减小齿升量或采用不等距齿距的拉刀。止匕外，还应采取措施消除拉削过 程中的振动，提高拉削过程的平稳性。（四）花键槽侧面粗糙度差在拉削花键孔时，其花键侧面不是由拉刀的主切削刃（即圆周上的切削刃）切 出，而是由副切削刃（即刀齿侧刃）切出的。对分层法拉削的花键拉刀来说， 它的每一刀齿的副切削刃都参与槽侧的成形，因而会使槽侧出现各刀齿切痕问 相互衔接的条纹。止匕外，由于其刀齿副切削刃没有后角，拉削时实际上是在挤 压和撕下金属，这不仅降低了槽侧的光洁度，而且使形成的切屑边缘碎裂。这 些切屑在前刀面的挤压下，力图向两边扩展。但其两边被所拉花键槽
11、壁包围， 因而切屑的碎裂端面会与槽壁发生严重的摩擦而拉毛槽壁（图2）。当刀齿转角处被磨损而倒圆后，上述情况将更为严重，槽侧的光洁度会急剧恶化，产生 粗大的划痕或严重的鳞刺。为了改善花键槽侧面的粗糙度，除了在拉削中采取防止鳞刺和划痕产生的有关措施，注意保持刀齿主、副切削刃的锋利和防止刀齿齿 角倒圆外，在允许的情况下，还可以用减小拉刀的齿升量，以及把分屑槽开得 造近刀齿转角处等措施，使槽侧光洁度得到一些改善（因为分屑槽靠近刀齿转 角处可减轻切屑端面对槽壁的摩擦）。图2:以分层法拉削花键时切屑图3:轮切式花键拉刀拉削时的对槽壁的摩擦切屑形成状况采用轮切式花键拉刀可以进一步改善花键槽侧的粗糙。如图3所
12、示。由于轮切式花键拉刀是成组拉削的（现以两齿一组为例），第一个刀齿是带月牙槽倒角 的刀齿，只切去花键槽中部的金属，切屑不会与槽壁发生摩擦；而第二个刀齿 具有与分层法拉刀刀齿相同的形状，但它只是在两齿角处切去上一刀齿留下的 金属，因此，切屑在花键槽内具有较大的扩展空间，一经切下便能立即离开槽 壁，从而大大减轻了切屑端面对槽壁的摩擦。再加之其刀齿两侧刃作有较大的 侧隙角、较窄的刃带和后角（通过磨刀齿键宽时将拉刀尾部稍稍抬高而获 得），因而可以得到较好的花键槽壁粗糙度。（五）在表面粗糙度低的上述各种问题中，拉刀的磨钝是引起拉削表面光洁度 降低的重要原因之一拉刀的磨损程度越厉害，上述各种缺陷也就越严重
13、。因此，及时重磨拉刀，使 拉刀保持良好的切削性能，是获得具有高粗糙度拉削表面的重要保证。二、被拉削工件尺寸、形状和位置发生偏差如果拉刀的设计、制造尺寸不合格或拉刀严重磨损，那么所拉出的工件尺寸便 不会合格，这是不言而喻的。但是，常常还会发生这样的情形，即拉刀的设 计、制造尺寸完全合格，而加工出的工件尺寸、形状或位置却不合格。这就需 要从拉刀制造及使用的各因素中找出产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质的不同和工件形状的影响，拉出的孔往往会出现“扩大”或 “收缩”现象。通常在拉削脆性材料时容易产生“扩大”现象，而在拉削韧性材料及薄壁工件时则容易产生“收缩”
14、现象。设计拉刀时，其校准齿尺寸已考 虑了拉削加工时的扩大量，因此在拉削中发生孔径扩大超差的情况比较少。但 拉削中影响工件发生“收缩”的因此比较多，而收缩量的变化也较大（可达 0.020.04毫米）。因此，用常规设计的拉刀加工时，常常出现拉后孔径变小的现象。孔径发生收缩的主要原因，是由于拉削时很大的径向切削力会使韧性材料的工 件产生塑性和弹性变形。当拉刀通过工件后，工件由于弹性恢复而使孔径发生 收缩。径向切削力越大，工件刚性越差，工件的收缩就越严重。因此，要减小 孔径的收缩，就必须减小切削力和增加工件刚性，或采取其他有效措施。拉削中影响径向切削力的因素很多。采用极压切削油代替乳化液，增大刀齿前
15、角，保持切削刃的锋利，在允许的情况下减小齿升量等，都可以减小切削力， 从而减少孔径的收缩。当拉出的孔径缩小得较多时，则应另外制造或选用校准 齿尺寸较大的拉刀加工。如果工件孔型简单而批量不大时，也可将工件在拉刀 上套正后再拉一次。工件孔壁的厚度及形状，对孔径的收缩量及收缩形式也有很大影响。例如，当 工件的外形呈雏形时，拉削中孔壁各部分在切削力作用下所发生的弹性变形程 度便不一样，薄的部分较大，厚的部分较小，因而使拉出的孔因各部门收缩量 不同而出现雏度。因此，为了减小拉削孔径的不规则收缩，工件的孔壁厚度应 尽可能大一些和尽可能均匀些。（二）被拉削孔形有偏差拉削中还常常会发生被拉削孔形与图纸规定的形
16、状出现偏差的现象，如规定的 圆孔变成为椭圆孔或卵圆孔，或所拉的多边形孔（正方形、六边形等）各边的 夹角发生歪曲等，就是这样的例子。发生上述孔形偏差，除由拉刀本身齿形的 误差引起外，还可能有下述几种原因：1 .当拉刀在拉床上安装不正，工件基准端面与预制孔不垂直，以及基准端面与 夹上支承面间夹有碎切屑而使工件定位歪斜时，拉刀轴线与被拉削孔轴线将会 产生歪斜，从而使被拉削孔产生嗽叭口、椭圆度或局部扩大，或使被拉孔与基 准端面不垂直（图4）。为此，操作时应注意正确地安装拉刀，提高基准端面 与预制孔的垂直度，以及使工件苦痛端面与夹具支承面保持平整和清洁。2 .当拉刀的弯曲较大时，也会使拉出的孔径或键宽增
17、大和使孔形产生偏差。因 此，弯曲较大的拉刀应在校直后再使用。3 .当工件的孔壁较薄而端截面内各个方向的厚度不同时，拉削后，壁薄的部分 收缩较大，从而使孔形发生畸变（图 4） o当孔壁沿轴线的厚度不均匀时，拉 削后内孔亦会因发生局部变形而出现喇叭口、腰鼓形或锥形（图5）。在这种情况下，应采取防止工件收缩的有关措施。图4拉刀及工件歪斜而使孔形发生偏差图5 因孔壁收缩而产生的内孔变形4 .当拉刀相对两半圆刀齿的锋利程度不一样或刃带宽窄不一致时，会使拉刀的 径向切削分力不平衡，从而使拉刀偏向切削力较小的一边（即刃口较锋利或刃 带较窄的一边）。出现这种情况，是由于在磨制和刃磨时拉刀的径向跳动太 大，使刀
18、齿圆周各处的磨去量不同所致。为此，在磨制和重磨拉刀时，应通过 校直，使拉刀的跳动限制在一定的范围内。5 .当拉刀和夹头的配合过松或拉刀较长和较重时，拉刀会由于自重而一端下 垂，致使拉刀在工作时因一侧吃刀过多而引起所拉内孔的偏移（如图）。在这 种情况下，除应使夹头与拉刀柄部保持良好的配合外，还应使用滑动支座支撑 拉刀的尾部，以防止尾部下垂和保证拉刀的正确导向（图1-59）。当拉刀的长度和重量不太大时，也可在拉削开始前用手轻轻托住拉刀的后导部分，待拉刀开始拉削后再放开，这样也可减少拉刀的下垂。6 .有时在花键孔的拉出部分会发现花键槽深浅不一样，有的键槽侧壁有被过切 的刀痕。这是由于拉刀后导部分长度
19、太短，工件和后导部分的间隙太大，以及 拉削中产生了拉刀的歪斜和侧向力所致。为了理论上这种缺陷，不仅需要检查 拉刀的直线性、切削刃的锋利程度和均匀性，调整好拉刀、拉刀夹头和工件夹 具间的同心度，而且应适当加长后导部分的长度，并使之与工件之间保持较小 的间隙。7 .由于定位不良和振动而使工件在拉削中发生移动或转动时，也会使拉出的内 孔发生偏移。为此，应注意工件基准端面和夹具支承面的平整性，并防止拉削 中的振动。8 .工件材料的理度在圆周方向上不均匀时，拉削中会使拉刀偏向硬度较低的一 方。因此，在工件热处理时应注意采取适当的工艺，使材料各部分硬度均匀一 致。9 .如果拉削时切削液仅浇注到拉刀的一边，
20、而另一边浇不到，那么也可能使拉 出的内孔发生偏移。因为浇到切削液的一边削力较小，而未浇到的一边切削力 较大，从而使拉刀偏向有切削液的一边。因此，拉削中切削液的浇注应充足和 均匀。综上所述，拉削中引起内孔偏移的因素是很多的。在大多数情况下，可能通过 拉刀的正确使用来予以防止。而在对工件内外圆同心度有严格要求的场合，则 必须同时拉削内孔或采用刀齿间带有导向圆柱的拉刀拉削。三、拉刀的耐用度低通常，一把质量良好而使用正确的拉刀，在两次重磨间可以加工几百件到上千 件工件。但有的拉力却达不到这样的要求，这就表示拉力的耐用度太低。造成 拉刀耐用度低的原因，一般有如下几方面：（1）刀齿硬度不够：由于热处理不
21、当，刀齿的硬度未达要求的HRC63-66,或刀齿上存在软点时，都会使拉刀在 使用中迅速磨钝。（2）刀齿在刃磨中退火：在刃磨或重磨时，由于进刀太快或 吃刀过大，都会引起刀刃因过热退火而降低硬度，因此在拉削中会很快磨损。（3）拉刀重磨质量低：如果重磨时光洁度低，容屑槽形不正确，前刀面因干涉 则变成曲面，且前角减小时，都会恶化拉刀的切削性能，降低其耐用度。（4）工件材料硬度过高：工件材料硬度过高（HB>280或材料中夹有硬质点，工件表面有氧化皮等硬化层时，都会使刀 齿很快磨损或损坏。（5）齿升量过大或齿升量不均匀：当拉刀齿升量过大或因 齿升量不均匀而引起个别刀齿的齿开量过大时，齿开量的刀齿容易
22、较快地被磨 损，降低了整个拉刀的耐用度。（6）拉削速度过高：拉削速度过高，会加剧刀 齿的发热和摩擦，从而使刀齿迅速磨钝。（7）切削液和冷却方式不当：切削液 选择不当和浇注方式不正确时，会使拉刀的耐用度出现较大的差别。（8）刀齿上出现屑瘤：在一定的切削条件下，刀齿切削刃上的积屑瘤会导致拉削表面光 洁度的恶化。这时，虽然刀齿的磨损不大，但由于被加工工件不合格而必须将 拉刀提前送交重磨。针对上述引起拉刀耐用度低的原因，在拉刀设计、制造、重磨和使用上采取相应措施，即可使拉刀的耐用度得到提高。四、拉刀的崩刃与断裂拉削中造成拉刀崩刃和断裂的因素很多。当拉刀受到过大的侧向力、拉削力或 拉刀的制造有缺陷时，都
23、可能引起拉刀的断裂，而刀齿的崩刃也是引起拉刀断裂的直接原因。因为一个刀齿出现较大的崩刃后，具碎片会导致后面刀齿的连 续损坏，从而使拉刀发生断裂。因此，崩刃和断裂的许多原因都是相同的。这 些原因主要有如下一些方面：（1）在拉刀的容屑系数小于所需值，容屑槽形重 磨后发生畸变，工件厚度大于拉刀允许的拉削长度，以及前次拉削的切屑未清 除等情况下，常常会造成切屑在容屑槽内的堵塞，引起拉削刀的剧增，从而导 致刀齿或拉刀断裂等恶果。（2）拉刀齿升量不均匀而使个别刀齿的齿开量过大 时，不仅会使其上产生很大的切削力，而且往往会发生切屑在屑槽内的堵塞， 从而造成该刀齿崩刃。（3）当工件预制孔过小而拉刀前导部分被强
24、行送入拉削 时，容易使拉刀挤住而断袭。（4）工件材料的硬度过高或材料中夹有硬质点 时，会引起刀齿的崩刃。（5）拉刀已过度磨损而继续使用时，会使拉刀削力急 剧增大，导致拉刀断袭。（6）拉刀在热处理硬度过高或出现裂纹时，常常会发 生大量崩刃和很快断裂。（7）由于拉刀和工件定位不良，工件基准端面与预制 孔不垂直，基准端面与夹具支承面间夹有碎切屑，以及拉刀发生下垂等原因而 引起拉刀在拉削中歪斜时，都会使刀齿上的负荷不均匀，并使拉刀受到很大的 弯矩，从而引起拉刀的折断。（8）使用弯曲较大的拉刀拉削时，会引起很大的 侧向力，因而使拉刀在弯曲最大的部位引起折断，或因第12个切削齿崩刃而折断拉刀。（9）由于机床刚性较差、功率不足、工件定位不良而引起拉削过程 中的振动，甚至出现较大的冲动时，会使拉刀的动力负荷剧增，因而引起崩刃 或折断拉刀。除上述各种原因外，一些偶然的因素，如拉刀与其他硬物相碰，保管和运输中 受到意外的撞击等，都可能引起拉刀的损坏，这里就不一一赘述。参考文献1许慰曾.拉削的加工精度J.工具技术，1986, （2）.2唐光明，刘屏.拉削系统的改进方向J.国防技术基础，2000, （3）.3朱斌.改进工艺，提高拉削表面质量J. 工具技术，1989, （9）.作者简介：谭宪云（1965-）,男，湖南株洲人，株洲职业技术学院助讲，研 究方向：现代机械设计理论与方法。