免费在线nnovation Technology 拉削刀具创新技术与产品 哈--T拉削刀具分厂 (黑龙江哈尔滨 150078) 邢 义 拉削刀具简称 “拉刀” ，是一种用于大量生 螺旋渐开线齿圈，这种齿圈相啮合 比直齿渐开线齿 产，高精度的多齿工具。拉刀的运动形式有：直线 圈啮合精度高 ，主要特征汽车起动平稳 、安全可 运动或圆周运动，工件运动或拉刀运动，或是两者 靠、便于驾驶并能提高汽车的档次，自动挡汽车也 同时都运动。在大多数情况下，拉刀工作时，工件 是国产汽车未来的发展方 向。 固定不动，拉刀作直线的切削运动。拉刀运动通常 螺旋渐开线齿圈由于直径大、精度高和结构复 是靠刀具尺寸的逐齿增加完成的。拉刀的形式 ，一 杂，只有能生产 出高精度的螺旋渐开线拉刀才能加 般可分为内孔形的拉削刀具、表面形的拉削刀具与 工此产品。目前国内现有设备不能够满足加工需求， 特别针对涡轮盘叶根槽所常使用的杉树状形的拉削 需进 口数控设备及相关应用技术的研究，才能满足 刀具 。 整个生产的需求。该拉刀若能开发试制成功，不仅 由于拉削刀具有准确性佳、精度高、加工速率 将给我公司带来一定的经济效益，且能替代进 快与不易，由其他加工方法取代的特质，所以虽然 口，社会效益显著。 拉削是一种传统的加工方式，但依然被接着使用。 近年来，中国汽车产业持续迅速增加 ，已成为 内孔的拉削一般大范围的应用于机械制造加工业 ，尤其 国民经济的支柱产业 。2009年 已超越 日本和美国， 是汽车、机车、机床制造业 ，其传动部分使用拉削 成为第一大汽车生产 国，特别是 自动挡汽车 已成为 加工更是普遍。发动机的动力转盘也需利用拉床来 汽车行业的主流产品。与此同时，我国汽车 自动变 加工。拉床的主要动作称为拉 肖0，是利用带有许多 速器螺旋齿圈生产也持续迅速增加，对汽车 自动变 刀齿的拉刀作等速直线运动 ，通过固定的工件时， 速器螺旋齿圈拉刀的需求也与 日聚增。这就对国产 逐齿依次下拉 ，进而使工件表面达到较高精度和较 自动变速器螺旋齿圈拉刀的制造技术和能力提出了 小表面粗糙度值的高生产率加工方法 ，其种类大约 挑战。目前已有许多厂家来我厂要求订购 ，需求量 可分为立式拉床、卧式拉床、内拉床、外拉床等， 可观，各厂家现用的自动变速器螺旋齿圈拉刀都是 其中加工发动机动力转盘的拉床多以卧式拉床完 从国外定购。这种拉刀从国外进 口，成本高、生产 成，因为拉刀的总长度约lOre，以卧式拉床较佳。 周期慢且没有办法进行修磨。 “十二五”我厂预计完成的新产品开发介绍如 (1)国内外技术发展的新趋势与现状、专利等知 下 。 识产权分析 自动变速器具有结构紧密相连 、重量轻 、 噪声低和操控性好等特点，达到了舒适性、动力性 汽车自动变速器螺旋齿圈拉刀 与经济性的统一。匹配适当的发动机能够完全满足国家 汽车 自动变速器螺旋齿圈拉刀是拉削进 口自动 第三阶段油耗法规及排放要求 ，能够很好的满足排量在 挡汽车变速箱 内部件，即减速内齿圈、输入齿圈、 1．3～2．4L发动机传递动力的需求。 输出齿圈和从动内齿圈等零件 。 自动变速器产品的推出将改变 国内自动变速器 进 口自动挡汽车变速箱里的相啮合齿圈，都是 主要依赖进 口、采购成本高、进 口渠道狭窄的局 磊 冷加工 毒 49 1镯靳技本 上nnovation Technology 面，能够很好的满足 自主品牌汽车企业对 自动变速器的迫 法能够很好的满足涡轮盘叶根槽高精度及较低表面粗糙度 切需要，对于中国自动变速器的技术升级和产业发 值要求。 展、对于中国民族汽车工业的自主发展具备极其重大意 由于涡轮盘材料特殊、机械加工难度大、叶根 义。 槽精度要求很高及齿形形状复杂等特点，我们有必 自动变速器在我国有广阔的未来市场发展的潜力和发展空 要对此拉刀进行立项研究，在拉刀设计理论、材料 间。中国汽车工业协会的多个方面数据显示，搭载 自动变速 选择、热处理工艺、冷加工工艺、检验测试手段等方面 器的乘用车 已占乘用车总量的28．5％以上。未来， 进行研究，最终达到规模化生产，形成 自主知识产 随着我们国家汽车市场规模的扩大和居民消费能力的提 权。 高，自动变速器的搭载比率将呈快速增长态势。国 备受国内外关注的中国大飞机研制 已有序取得 内尚没有 自动变速器螺旋齿圈加工与测量技术专利 进展。到 目前为止 ，大飞机项 目进展顺利 ，得到了 的相关信息。 各方认可。飞机设计研制的全过程一般来说包括预发 (2)国内现有工作基础 自动变速器螺旋齿圈 展、工程发展、详细设计、全面试制和适航取证等 拉刀齿形精度要求非常高，齿顶带有与两侧相切的 五个阶段。大飞机计划2014年首飞，2016年适航取 圆弧，整个拉刀的结构较为复杂。为了能够更好的保证高的精度要 证 。针对我国目前还缺乏国产大型直升机的现状， 求，我们将拉刀前半部分设计成普通的螺旋渐开线 航空工业集团即将和俄罗斯有关方面签署联合研制 花键，中间为花键 螺旋一花键的同心式结构，后面 大型直升机 的协议 ，一起研发更先进的大型直升 与刀体成镶嵌式结构的并带有同廊式拉削方式的螺 机。 旋容屑槽的螺旋渐开线齿套。由于这种 同廊式拉肖Ⅱ 除飞机项 目外 ，随着我 国国民经济的大力发 方式螺旋齿套，当螺旋容屑槽前角较大时，设计中 展，火车、轮船、大型电站和风力发 电等行业突 对拉刀渐开线齿形一定要进行修正，才可能正真的保证铲齿后 飞猛进，相继出台火车提速项 目、大型轮船项 目、 刀齿切削刃法向投影满足精度要求 ，可见设计难点 大型发电设备项 目、大型风力发 电设备等项 目，所 是齿形修正。因此我公司联合高校 ，研制开发齿形 有这些都与涡轮盘加工有关。如火车 内燃机增压器 修正设计程序，已完成了加工螺旋花键孔的修正拉 涡轮盘、汽轮机动力涡轮盘、大型风电设备涡轮盘 刀的计算方式，很好地解决了设计难题。 等，生产涡轮盘厂家有天津机车车辆有限公司、哈 尔滨汽轮机有限公司、东方汽轮机有限公司等。由 涡轮盘榫槽拉刀 此可见 ，涡轮盘叶根槽拉刀将得到普遍应用，市场 涡轮发动机大范围的应用于飞机、火车、轮船 、大 需求广阔。 型发 电设备及风力发电设备上。涡轮盘是发动机上 目前国内有能力生产涡轮盘叶根槽拉刀的厂家 一 个很重要的零件，而且处于高温、高压、高速 不多。由于动力涡轮转盘处于高温、高压、高速的 的工作环境下，这必然对它的材料 、毛坯制造方 工作环境下，镍基合金材质，切削性非常差，因 法、热处理工艺、加工制造工艺等都有十分严格的 此拉削加工动力涡轮转盘时刀具磨损较快，刀具 要求。这些都是为保障零件能够有足够的强度、 用量相当大。另外每个动力涡轮转盘圆周有140个 刚度、硬度 ，尺寸精度、位置精度等 ，以满足工作 叶片槽，每套拉刀加工十几个叶片槽就将进行重新 环境的要求 ，在整个涡轮发动机加工中也是一个较 修磨，加上涡轮盘价格昂贵，修磨后拉刀要进行探 难的加工程序 。 伤，发现有导致将涡轮盘拉坏的现象刀具就不能进 在涡轮盘加工中，工作量最大、难度最高的就 行使用，修磨3~5次整套刀就将报废，刀具用量相 是涡轮盘叶根槽的加工。动力涡轮转盘的材质是镍 当大。还有，由于涡轮转盘尺寸精度、位置精度要 基合金， 。70％，加工时产生硬化现象相当明 求极高，拉刀制造难度相当大，制造周期较长，满 显，这样一种材料其切削加工性非常差。而且涡轮转盘 足不了市场需求，没有很好的方法，有些厂家只好去国外 须与风扇叶片的根部配合 ，所以配合的精度要求很 进行订购 。 高，机械加工难度非常大。采用拉削刀具加工的方 目前国外能生产此种拉刀的厂家有法国、德国 50_ 啦， 参磊 ～ 1创新技术 J nnovation Technology 及美国，价格 昂贵 ，每套拉刀10万欧元左右 ，交货 根槽拉刀材质选择M42极为适合。 期达6个月左右 ，严重制约 国内涡轮转盘 的生产 。 (4)拉刀热处理 M42作为拉刀材料，热处 我公司现只能进行小批量生产，项 目启动后将进行 理有如下特点 ：①淬火时间过长或温度过高容易 批量生产，可解决我国大飞机生产及火车、轮船、 产生 “过烧”现象，拉刀寿命将降低。②M42淬火 大型电站、风力发电等行业发展瓶颈 问题，形成 自 后脆性较大，易产生淬火裂纹。③结合叶根槽拉刀 主知识产权，发展前途非常乐观。 齿形特点，齿尖处变径大，易产生淬火裂纹及磨削 采用拉削刀具加工的方法能够很好的满足涡轮盘叶根 裂纹。④采用温控装置，能保证拉刀不产生 “过 槽高精度及较低表面粗糙度值的要求。针对涡轮盘 烧 ”，硬度达到一定的要求。⑤淬火硬度需满足工艺要 材料特殊、难于加工及叶根槽高精度、低表面粗糙 求；避免产生淬火裂纹及磨削裂纹。 度值等特点，合理设计拉刀，合理选择拉刀材料， (5)公差保证 保证拉刀四面垂直度公差 使用先进热处理方法，解决拉刀制作的完整过程 中关键技 0．005ram；保证拉刀齿形公差0．005mm；保证拉刀 术，完善制造工艺，最终达到批量生产的 目标，刀 直、K值公差 ±0．0025mm。 具质量及性能达到 国际领先水平。技术关键主要体 (6)精拉刀铲磨后 切削齿不留刃带，校准 现在以下几点 ： 齿刃带均匀。 (1)拉刀整体设计 针对叶根槽形状复杂的 (7)精拉刀拉削设计 精拉刀拉削过程是涡 特点，将拉刀设计成粗拉刀、半精拉刀和精拉刀， 轮转盘的最终形式，因而要保证最后加工表面达到 成组使用 ，一次拉削成形。粗拉刀拉掉大部分切削 需求 ，精拉刀的设计需注意以下几点：①精拉刀 余量，半精拉刀修整齿形轮廓，精拉刀最后定形拉 由轮槽外 圆平面成形拉刀、轮槽槽底成形拉刀、轮 削 。 槽轮廓成形拉刀等三部分所组成。各部分拉刀的齿升 (2)拉削方式选择 粗拉刀采用渐成式拉削 量 ，齿距各不相同，精拉刀齿升量要小，在全齿形 方式，拉出叶根槽雏形，半精拉刀采用抬高加工方 切削时更要小。对于整把精拉刀而言，齿升量设计 法修整槽型，精拉刀采用同廓式拉削方式，需对拉 应为前大后小。②为提高精拉刀的常规使用的寿命，保证 刀形面进行铲磨后角。 其轮廓的正确性，设计时 ，拉刀轮廓取轮槽轮廓的 (3)拉刀选材 一般拉刀所使用的材料是我 最小尺寸，这样拉刀实体处于轮槽轮廓的最大尺 们所熟知W6Mo5Co4V2高速钢 ，当经过热处理之 寸。③在全齿形精切削时，拉力突然增大，拉刀容 后可达63～66HRC，由于涡轮轮盘的材质是耐高温 易产生振动，产生崩齿或拉刀折断情形，不仅工件 的镍基合金，加工性差，而且涡轮轮盘的精度要求 毁损，而且会造成拉刀的损失，为避免这种情况的 很高，硬质合金刀具虽然在硬度、耐磨性和切削量 发生 ，设计精拉刀时要计算出全齿形切削时的齿 等方面优于高速钢，但其缺点在于不能承受较大的 数，将这些齿的齿根、齿底开分屑槽，才可能正真的保证有 冲击力，强度较低，只是高速钢的1／3，热处理困 效地断屑。 难 ；整体硬质合金刀具制造 困难 ，可加工性差 ，型 (8)拉刀的修锐研磨 拉刀在使用时会逐渐 线的研磨必须用金刚石砂轮 。普通高速钢 由于在强 的磨损 ，当拉刀磨损到一定情况时会影响最后加工 度、硬度等方面性能指数较低不能采用，而粉末冶 的精确度和整组拉刀的寿命，所以当加工中出现异 金高速钢~ICPM一42、T15等，虽然韧性、硬度和 常情况，如表面粗糙度值突然下降或拉刀振动增大 可磨削性优于其他高速钢，但价格偏高，因此多不 时必须将拉刀置在刀具磨床上重新磨锐。一般磨锐 采用。 的拉刀仅限于粗拉刀齿的部位 ，研磨的位置也仅限 经过比较分析结果，切削涡轮转盘的拉刀材质 于后斜角的那一面，研磨拉刀大多使用CBN砂轮或 多选用M42 (W2Mo9Cr4VCo8)钴高速钢 。M42热 钻石砂轮，一次研磨一个齿，并应注意校正齿距， 处理后硬度可达67～69HRC，在加工中当温度提高 避免过多的研磨，刀刃磨过后，每把拉刀一定要进行 至600～620~C时也能具备极高的热硬性，并具有很 探伤、消磁，才能再次使用。 MW 高的耐磨性，很高的强度等性能，因此涡轮转盘叶 (收稿 日期 磊 冷加工 枷 51
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