三菱公司研制成功的一体型螺旋拉刀,不论加工质量、加工效率都高于一般的组合型螺旋拉刀,它们独特创造的复合表面处理与STH处理在提高拉力加工质量、延长其寿命上发挥了良好作用。
拉刀是一种多齿刀具,拉削过程只有主运动,没有进给运动,借助后—刀齿对前—刀齿增加齿高或齿宽来实现切削加工,一次直线或螺旋运动即完成加工,生产效率极高,精度也很高,故在汽车工业中得到广泛应用。汽车零件的平面、成型外表面、孔、成型孔、键槽和花键槽均可用拉削加工,特别是自动变速箱中的内齿轮环,拉削加工的效率更远高于一般插齿。
工件的内表面或外表面用粗加工刀刃与精加工刀刃按尺寸顺序连结排列的拉刀去加工,其特长为:极短时间实现高精度加工;可简单地加工轴向形状一致的复杂工件;每刃的切深与全部切削量等在刀具设计制造时已决定,不需熟练工去调节操作解决;加工表面质量良好,尺寸精度稳定;加工时的切削压力,使工件保持定位,夹紧稳定。
用拉刀进行拉削加工能实现高精度、高效率大量生产,即使复杂的形状也不需熟练工操作,尚可广泛适应多品种小批量生产,这是它的重要优点。
若使用数控磨床,最大限度应用CAD/CAM功能,就可能设计制作高精度、复杂的齿形拉刀。若再能融合先进的材料、热处理及涂层技术,更可满足薄壁零件、难加工材料加工等各种客户的拉削加工要求。
选择拉刀材料与表面处理 据工件材料选择拉刀材料与表面处理如表1所示。
表1 据工件材料选择拉刀材料与表面处理 注:◎最适;○良好;×不可;※ 1 TiN涂层不推荐用于圆形拉刀;※ 2 刮孤内数字是刀具材料选用硬质合金时的切削速度。上表除A1S1、JIS牌号外,还有三菱公司品牌
1.高精度、长寿命的粉末高速钢拉刀
粉末高速钢的特点是其中的炭化物颗粒微细、组织均匀以及合金含量高,它比熔炼高速钢更富有韧性,耐磨性也更高。拉刀的刃齿为保持锋利性,炭化物颗粒大小很重要,熔炼高速钢炭化物颗粒大,若一脱落,刃齿很快变钝;粉末高速钢因颗粒细,易长期保持刃口锋利。拉刀若进行断续切削时,粉末高速钢的特性(强韧性)可提高加工表面质量抑制尺寸波动,特别是加工高硬度难加工材料,可比熔炼高速钢拉刀寿命高出约2倍左右(如表2所示)。
表2 粉末高速钢拉刀切削加工例 注:S48C接近45号钢,FCD700相当QT700,SCr420是淬透性好的铬钢
2.各种表面处理
(1)氮化氧化:切削时为减少摩擦系数,防止被切削材料的切屑熔结在刀刃上,并提高其寿命,可对拉刀进行氮化氧化处理。其方法是在进行提高刃齿硬度的氮化处理后,再进行氧化处理。氧化处理可在刀具表面生成可含有、保存切削油的多孔氧化铁膜,随着氧化扩散深入到氮化层内部可缓和刀具硬化层梯度,提高其耐磨性。
(2)SHT处理:这是三菱公司开发的新表层处理法,原理同氮化氧化,它主要是利用专利技术大幅度地提高氮化氧化扩散渗透层的切削性能与尺寸精度。
(3)PVD涂层:利用PVD(物理气相沉积)技术,在拉刀表面沉积TiN、(AlTi)N等耐氧化性好、硬度高的膜层,现已得到广泛运用。三菱公司开发的miracle、miracle40是一种优秀的界面控制技术,它可以低于高速钢回火温度(550℃),从而克服软的母材与高硬度膜层向巨大硬度差而造成结合力差的问题,最大地发挥膜层高性能效果,也可发挥母体材料与膜层各自特性,互相补充达到最好的实用效果,以延长寿命提高效率,特别适用在较硬材料加工时。
高精度切刃锋利的拉刀再配上多种优秀的表面处理技术就可满足客户各种要求。
3.各类形状拉刀及其特点
(1)圆形拉刀:可加工高精度的圆孔,据需要在拉刀上可设计具有挤光刀齿与二段精加工刀齿。
(2)花键拉刀:花键在形状方面有具有二边互相平行的矩形花键和汽车等传递动力用的以轴与孔结合的渐开线花键。花键拉刀加工刃有2类:只有加工花键的刃齿;有切花键的前刃、后刃与圆刃交互排列的或只有后刃与圆刃交互排列的,使孔与花键同时达到精加工。
(3)细齿与锯齿拉刀:为轴与孔半永久结合用,齿形有小山形与渐开线形、锯齿形等。
(4)键槽拉刀:加工的孔与拉刀导向部之间因有导条,故可用之调整键槽深度。
(5)多角形拉刀:多角孔也可用拉刀迅速正确地加工。如扳手用的六角孔,双六角孔等各种形状也可加工。
(6)特殊形拉刀:各种复杂形状也不需熟练技术,可高精度高效加工。
(7)组合型拉刀:内孔与花键,内孔与键可用一把拉刀同时加工。
(8)螺旋拉刀有2种,即:只由外圆切削刀刃构成的;由外圆切削刀刃与齿厚切削刀刃构成的。前者用于一般汽车零件与电机零件的螺孔加工,后者用于汽车变速箱齿轮环的内齿轮加工。加工齿轮环内齿的螺旋拉刀一般称大直径螺旋拉刀,此种拉刀精度要求很高,但这样大的刀具(直径φ100~φ150mm,全长1500~2000mm),制造及测定齿形精度非常困难,故通常制成组合型螺旋拉刀(见图1),这种拉刀一般粗加工齿形部分刀齿做在本体上,用作外圆切削刃;精加工齿形部分刀齿做在环套上用作齿厚切削刃;带精密齿形的环套,其精密刀齿用作精加工需分开单独制造,在别处用齿形检查仪一面测定,一面制造,比较麻烦,组装在一起总会带来装配等误差影响精度。
图1 组合式螺旋拉刀
图2为组合式螺旋拉刀内齿轮加工剖面图。其中:①刃是图1中粗加工齿形部齿,此处刀齿渐渐升高,加工出全齿高;②刃是图1中圆刀刃,加工内齿轮环(见图3)内圆部;③刃是图1中精加工齿形部的刀齿,主要加工齿厚部,最终达到齿厚上精加工的要求。
图2 内齿轮加工剖面图
图3 内齿轮环
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