圓拉刀是高效加工內(nèi)孔常用的刀具。本文以筆者在工廠(chǎng)中長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)與驗(yàn)證為依據(jù)，對(duì)圓拉刀結(jié)構(gòu)上存在的問(wèn)題提出了改進(jìn)意見(jiàn)，同時(shí)還對(duì)拉孔表面質(zhì)量差、拉孔精度低和拉刀壽命低的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析并逐一列出改進(jìn)措施。
圓拉刀是高效加工內(nèi)孔常用的刀具。圓拉刀系刃形復(fù)雜刀具，制造精度高，技術(shù)要求嚴(yán)格，價(jià)格昂貴，應(yīng)合理使用。目前生產(chǎn)上廣泛使用的圓拉刀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)拉刀)， 大多采用圖1所示組合式的刀齒結(jié)構(gòu)，即在粗切齒和過(guò)渡齒上采用不分齒組的輪切式切削方式，其上開(kāi)有寬的弧形分屑槽；精切齒采用同廓式的切削方式，其上磨出窄分屑槽。經(jīng)作者在工廠(chǎng)中長(zhǎng)期使用與驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)這種拉刀由於結(jié)構(gòu)本身或使用不當(dāng)?shù)仍颍?huì)造成拉削表面質(zhì)量差和刀具使用壽命短等問(wèn)題。
拉刀結(jié)構(gòu)問(wèn)題及改進(jìn)
為了延長(zhǎng)拉刀使用壽命，普通拉刀的結(jié)構(gòu)是，在其校準(zhǔn)部分上備有3個(gè)~7個(gè)校準(zhǔn)齒，以便在切削齒磨損后逐個(gè)遞補(bǔ)為精切齒用。并且，人們通常認(rèn)為校準(zhǔn)齒是不參與切削工作的，故校準(zhǔn)齒一般都不磨分屑槽(見(jiàn)圖1)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)觀察，拉刀上第一個(gè)校準(zhǔn)齒是參與切削工作的(因?yàn)槿锌谏嫌锈g圓，會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生較大擠壓作用而使工件產(chǎn)生彈性回復(fù)而縮小)，它具有精切齒的功能。但因其上不作分屑槽，致使切下的切屑形成環(huán)狀，難於卷起，容易堵塞在槽內(nèi)，使加工表面質(zhì)量降低。所以作者建議，在設(shè)計(jì)和制造拉刀時(shí)，除最後1個(gè)~2個(gè)校準(zhǔn)齒外，如圖2所示，在其馀校準(zhǔn)齒上亦應(yīng)前後交錯(cuò)地磨出圓弧形分屑槽或角度形(V形)窄分屑槽。如圖3所示，分屑槽上兩側(cè)刃的後角可按下式計(jì)算：
tanαk=tanαf·sin(θ/2)

αf為分屑槽的槽底后角，一般取為5°，見(jiàn)圖3中A-A剖面；θ分屑槽的槽角。
由上式中可知，當(dāng)θ=0°時(shí)，不論αf磨成多大，αf始終等于0°(即圖3c中所示U形分屑槽的情況)。而當(dāng)θ角增大時(shí)，αf角也將增大。如取αf=5°，θ=60°~90°，則從公式中計(jì)算可知，此時(shí)側(cè)刃上的后角將增大到2.5°~3.5°，從而可使該處切削條件大大改善。
在實(shí)際生產(chǎn)中，由于角度形分屑槽的寬度很窄，通常只有1mm左右，要將砂輪外圓角修成60°~90°角，并要求在拉刀上磨出αf=5°的槽底后角，砂輪直徑不能選大，否則會(huì)碰到相鄰刀齒，加之砂輪在尖角處磨損快，需經(jīng)常修整，這在工藝上是有難度的。所以操作者在制造拉刀時(shí)，常用薄片砂輪來(lái)磨削，致使磨出的窄分屑槽成了U形分屑槽。
由于圓弧形分屑槽的結(jié)構(gòu)合理，其槽角比V形窄分屑槽的槽角大，且槽與切削刃相交處的刀尖角也大，磨削方便，砂輪與被磨工件(拉刀)接觸面大，磨削時(shí)工件不易燒傷，所以為了提高拉刀使用壽命，拉刀不但在粗切齒和過(guò)渡齒上，而且在精切齒上磨的分屑槽也應(yīng)盡量采用圓弧形分屑槽。
為使切屑能順利卷曲，分屑槽的槽數(shù)需適當(dāng)增多。經(jīng)驗(yàn)表明，其槽數(shù)應(yīng)使切下的切屑寬度以不超過(guò)4mm ~5mm為宜。目前一些拉刀設(shè)計(jì)資料中推薦的V形分屑槽的槽數(shù)普遍較少，例如直徑為Φ50mm的圓拉刀，分屑槽的槽數(shù)是22個(gè)，而國(guó)外同尺寸拉刀上的分屑槽數(shù)目為40個(gè)。同理，輪切式和組合式圓拉刀上的圓弧形分屑槽數(shù)目亦要適當(dāng)增多。 

鱗刺
產(chǎn)生鱗刺的主要原因是拉削過(guò)程中塑性變形較嚴(yán)重。因此，適當(dāng)增大前角，減小齒升量，選用潤(rùn)滑性能好的切削液(如含氯的極壓添加劑切削液)，以及用預(yù)先熱處理來(lái)適當(dāng)提高工件材料硬度(當(dāng)工件硬度<180HBS時(shí)最易產(chǎn)生鱗刺)等方法，都是減少塑性變形和避免鱗刺的有效措施。
環(huán)狀波紋
產(chǎn)生波紋的主要原因是拉削力變化較大，切削過(guò)程不平穩(wěn)，產(chǎn)生了周期性振動(dòng)。而引起拉削力變動(dòng)的原因是：拉刀刀齒交替工作時(shí)，同時(shí)工作齒數(shù)發(fā)生變化；齒升量安排不合理，最後幾個(gè)精切齒上的齒升量變化太大；刀齒上的刃帶寬度太小或同一刀齒上的刃帶寬窄不等；以及拉刀齒距等距分布等。找出具體原因后，可采取相應(yīng)措施。例如，可采用不等齒距的拉刀，或在制造拉刀時(shí)齒距不規(guī)定公差；適當(dāng)增加同時(shí)參加工作齒數(shù)，最好4個(gè)~5個(gè)，如果太少，可把幾個(gè)工件疊在一起拉削。
局部劃痕及“啃刀”
局部劃痕由以下原因造成：積屑瘤、刀齒上有缺口、或容屑條件差；切屑擦傷工件表面；在拉刀的最后一個(gè)精切齒上未開(kāi)分屑槽。“啃刀”是因拉刀彎曲，使刀齒發(fā)生突然移動(dòng)或擺動(dòng)造成的。使用較低的切削速度(<2m/min)來(lái)抑制積屑瘤的產(chǎn)生，防止切削刃刃面上的制造缺陷和損傷，及時(shí)清除容屑槽中的積屑，重磨前刀面時(shí)須保持原有容屑槽的形狀，拉刀使用完畢必須懸掛以免拉刀因自重而產(chǎn)生彎曲等都是防止劃痕及“啃刀”的有效措施。
擠壓亮點(diǎn)
擠壓亮點(diǎn)是由刀齒後刀面與已加工表面之間產(chǎn)生較強(qiáng)烈的擠壓摩擦，或因工件材料硬度過(guò)高而造成的。因此，可采取適當(dāng)增大後角；減小校準(zhǔn)齒上刃帶寬度(可減至0.2mm ~0.3mm)；選用合適的切削液；應(yīng)用熱處理方法降低工件材料硬度(當(dāng)硬度>240HBS時(shí))；或把前角適當(dāng)減小，以增加刃口強(qiáng)度，防止崩刃等均可有效減少工件表面產(chǎn)生擠壓亮點(diǎn)與劃傷。
拉孔精度低的原因及改進(jìn)
拉后孔徑擴(kuò)大或縮小
由于積屑瘤的影響和磨刀時(shí)產(chǎn)生的毛刺，拉刀制造時(shí)產(chǎn)生的切削刃位置偏差和軸線(xiàn)直線(xiàn)度偏差，以及拉刀和工件預(yù)制孔不同心等原因，通常拉后孔徑將會(huì)擴(kuò)大。但在拉削薄壁工件或軔性大的工件材料時(shí)，由于拉后工件會(huì)產(chǎn)生彈性回復(fù)而使孔徑縮小，確定拉刀校準(zhǔn)齒尺寸時(shí)須考慮拉后孔徑的擴(kuò)大量或收縮量，其值應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定，一般在0.01mm ~0.02mm范圍內(nèi)。
使用拉刀時(shí)，還可通過(guò)適當(dāng)降低切削速度、采用冷卻性能好的切削液，防止積屑瘤的產(chǎn)生以免孔徑擴(kuò)大。防止孔徑縮小，可采用增大前角、保持刃口鋒利、以及選用合適的切削液等方法。例如，用拉刀拉削40Cr和45鋼工件，當(dāng)用乳化液孔徑尺寸變小時(shí)可改用硫化油拉削。這是因?yàn)槿榛菏且环N水基切削液，水的導(dǎo)熱性好，故刀具的熱膨脹小；乳化液的潤(rùn)滑性比油類(lèi)切削液差，所以刀具對(duì)工件的擠壓作用也大，加工後工件的回彈量也就增加，因而孔徑尺寸減小。利用上述規(guī)律，實(shí)際生產(chǎn)中就可通過(guò)改變切削液的種類(lèi)和成份來(lái)控制實(shí)際加工的尺寸，以滿(mǎn)足拉孔精度和質(zhì)量的要求。
拉后孔形產(chǎn)生偏差
當(dāng)工件孔壁沿軸線(xiàn)方向上厚度在全長(zhǎng)上不均勻時(shí)，拉后孔形將會(huì)發(fā)生變化。如工件兩端為薄壁，拉后工件孔呈“腰鼓形”；工件中間部分為薄壁，拉后工件孔呈“喇叭口”形。因此，當(dāng)工件壁厚不均勻且厚薄相差太大時(shí)，不宜采用拉削。

拉刀壽命低的原因及改進(jìn)
拉刀容屑空間不足
拉刀屬于封閉式切削的刀具，如容屑空間不夠，切屑將堵塞在容屑槽內(nèi)，而使拉削力急增，導(dǎo)致刀齒損壞或拉刀折斷。為此，使用外購(gòu)拉刀拉削時(shí)，應(yīng)先核算拉刀的容屑系數(shù)K。如圖5所示，須使容屑槽的有效面積大于切削層截面積，即
K=(πh2/4)/(L0hD)>1
h為容屑槽的深度；L0為拉削長(zhǎng)度；hD為切削層厚度，組合式拉刀上hD=2fz，見(jiàn)圖1，式中f2為齒升量；K為容屑系數(shù)，它的大小與被加工材料和齒升量有關(guān)，通?？扇=2~3.5，加工鑄件和齒升量大時(shí)K取小值。
刀具幾何參數(shù)不當(dāng)
拉刀前角選用不當(dāng)，后角太小或刃帶過(guò)寬，精切齒上磨的分屑槽為U形槽，切削條件差，刀齒磨損快，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使拉刀卡住在工件孔中，使拉刀折斷。拉刀前角通常可取5°~18°，拉塑性材料時(shí)可取大值，拉脆性材料時(shí)取小值。拉刀后角，切削齒上可取3°±30°，校準(zhǔn)齒上可取1°±30°。刃帶寬度通常粗切齒和過(guò)渡齒上為<0.2mm，精切齒為0.3mm，校準(zhǔn)齒為0.5mm~0.6mm。此外，在精切齒上應(yīng)磨圓弧形分屑槽或角度形(V形)分屑槽。
齒升量不當(dāng)
如刀齒上的齒升量過(guò)大或不均勻，或個(gè)別刀齒上的齒升量過(guò)大，使切削力過(guò)大或產(chǎn)生顫動(dòng)，而使刀齒損壞或拉刀折斷。為此，須控制拉刀每個(gè)刀齒上的齒升量，當(dāng)個(gè)別刀齒上有損傷、缺口或崩刃時(shí)，應(yīng)將該刀齒磨去，再把其齒升量均勻分?jǐn)偟狡渌鱾€(gè)刀齒上。
拉刀刃磨退火
重磨拉刀時(shí)不能進(jìn)刀太快，吃刀過(guò)大，以免產(chǎn)生刃口處過(guò)熱退火和燒傷等現(xiàn)象，而使刀齒磨損加快和拉刀壽命降低。所以，重磨拉刀時(shí)必須精細(xì)操作。
工件預(yù)制孔尺寸不當(dāng)及拉削長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)
工件預(yù)制孔直徑偏小，當(dāng)拉刀前導(dǎo)部強(qiáng)行通過(guò)時(shí)，容易使拉刀卡住而折斷；或當(dāng)工件預(yù)制孔直徑過(guò)大，造成孔的偏移而使拉刀折斷。為此，拉削時(shí)必須選用合適的預(yù)制孔尺寸，一般拉刀前導(dǎo)部直徑尺寸等於工件預(yù)制孔的基本尺寸，公差帶按f7。此外，被拉工件的拉削長(zhǎng)度也不能超出拉刀設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的長(zhǎng)度，以免同時(shí)參加工作齒數(shù)增多，切削力過(guò)大而使刀齒損壞或拉刀折斷。一般拉削長(zhǎng)度都列印在拉刀的頸部上。
工件定位不良
如工件基準(zhǔn)端面與預(yù)制孔的垂直度差，夾具支承面處有切屑，拉刀產(chǎn)生下垂，拉削時(shí)拉刀相對(duì)工件歪斜等，都會(huì)使刀齒上負(fù)荷不均勻，造成很大彎曲而使拉刀折斷。為此，須控制預(yù)制孔中心線(xiàn)與工件基準(zhǔn)端面的垂直度為0.02~0.05mm/100mm；定位基準(zhǔn)端面應(yīng)盡可能大，不應(yīng)有中凸，表面粗糙度Ra<3.2μm；或采用浮動(dòng)支承的拉床夾具；對(duì)長(zhǎng)而重的拉刀，還可使用后托架支承拉刀。
工件材質(zhì)不均勻與硬度過(guò)高
工件材質(zhì)不均勻，其內(nèi)有硬質(zhì)點(diǎn)或材料硬度過(guò)高(>280HBS時(shí))，表面有氧化皮等都會(huì)使刀具壽命降低。所以，拉前須檢驗(yàn)工件材質(zhì)，如材料硬度過(guò)高可采用熱處理方法適當(dāng)降低；或選用W2Mo9Cr4VCo8(M42)、W6Mo5Cr4V2Al等硬度和耐磨性能均較高的高性能高速工具鋼來(lái)制造拉刀，國(guó)外還有用粉末冶金高速鋼(PM HSS)制造的拉刀；也可在拉刀刀齒表面上涂一薄層耐磨的TiN；或在拉刀尾端裝一可更換的硬質(zhì)合金擠壓環(huán)，如圖6所示。
拉刀磨損過(guò)度
為防止拉刀磨損過(guò)度，以免切削力過(guò)大而使刀齒損壞，故須控制拉刀刀齒后刀面上的磨損量，通常不應(yīng)超過(guò)0.2mm~0.3mm，工廠(chǎng)中常以達(dá)到上述磨損量時(shí)所拉出的工件數(shù)來(lái)加以控制。
拉床功率不足，剛性差
拉床功率不足，剛性差，引起拉削時(shí)振動(dòng)而使刀齒崩刃或折斷，可改用剛性好和功率足的拉床拉削。
拉削速度不當(dāng)
如拉削速度過(guò)高，切削溫度高，則拉刀壽命將會(huì)降低。因而，對(duì)於用W6Mo5Cr4V2等通用型高速鋼制造的拉刀，粗拉切削速度一般為3~7m/min， 精拉切削速度一般為1~3m/min；工件材料強(qiáng)度、硬度較高時(shí)，拉削速度應(yīng)取小值。
切削液種類(lèi)或澆注方式不當(dāng)
切削液種類(lèi)與澆注方式不但影響拉刀壽命，而且對(duì)加工精度和表面粗糙度均有影響。加工鋼件孔時(shí)，可用濃度為10%~20%乳化液或極壓乳化液，也可用硫化油或復(fù)合油。拉鑄件孔時(shí)可以干切削，但最好用普通乳化液或煤油。加工鋼件時(shí)如用硫化油，可使拉刀壽命提高。切削液供應(yīng)要充足，在拉刀進(jìn)入工件孔前和剛從工件孔中拉出時(shí)都應(yīng)供給切削液，供應(yīng)量一般不應(yīng)少于5~15L/min。
此外，正確使用和保管拉刀對(duì)拉刀壽命也有影響。在每一個(gè)工件拉削之后，都應(yīng)用銅絲刷將粘附在刃面上的切屑清除干凈。如用銅絲刷清除不掉時(shí)，可用油石輕輕擦去。但絕不可用鋼絲刷或棉紗。同時(shí)拉刀在制造、運(yùn)輸和保管與使用過(guò)程中，不可碰傷刀齒和刃口。
拉刀的修復(fù)
拉刀的價(jià)格很貴，為了延長(zhǎng)其壽命，所以拉刀經(jīng)多次重磨之后，直徑變小將要報(bào)廢時(shí)常加以修復(fù)使用。這時(shí)可在車(chē)床上用帶負(fù)前角的硬質(zhì)合金工具逐齒擠壓刀齒前刀面。擠壓後直經(jīng)可增大0.01mm~0.02mm，然后再研磨，使其達(dá)到規(guī)定尺寸。