提高矩形花鍵拉刀使用壽命的設(shè)計(jì)改進(jìn)

原 宏

（太原工具廠， 山西 太原 030008）

引言

花鍵軸與花鍵套組成花鍵聯(lián)接，矩形花鍵聯(lián)接廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床制造業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械及一般機(jī)械傳動(dòng)裝置。由于矩形花鍵聯(lián)接是多齒工作，所以承載能力高，對(duì)中性、導(dǎo)向性好。因?yàn)榫匦位ㄦI聯(lián)接的優(yōu)點(diǎn)和廣泛的應(yīng)用，以及加工矩形花鍵套的矩形花鍵拉刀的需求量大，加之矩形花鍵拉刀價(jià)格較高，因此使企業(yè)對(duì)矩形花鍵拉刀的使用壽命的要求也越來越高，所以提高矩形花鍵拉刀的使用壽命對(duì)制造拉刀企業(yè)占有市場(chǎng)份額、降低企業(yè)生產(chǎn)成本具有重大意義。

1 矩形花鍵拉刀常見設(shè)計(jì)的幾種型式及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 只拉削花鍵的矩形花鍵拉刀

這種拉刀的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在設(shè)計(jì)時(shí)只設(shè)計(jì)拉削花鍵槽的刀齒。因此要求工件預(yù)制孔有較高的精度，否則很難保證內(nèi)花鍵大小徑的同軸度要求。

圖1 Ⅰ型拉刀結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 倒角-花鍵復(fù)合拉刀

這種拉刀的結(jié)構(gòu)圖形如圖2所示，先拉削倒角，然后拉削花鍵的方式，這種型式的拉刀要求工件預(yù)制孔的精度較高，否則很難保證拉削出的花鍵孔大小徑的同軸度要求。

1.3 圓孔-花鍵復(fù)合拉刀

這種拉刀的結(jié)構(gòu)圖形如圖3所示，設(shè)計(jì)時(shí)可以將拉刀的圓孔齒放在花鍵齒之前，這種結(jié)構(gòu)的拉刀在拉削時(shí)能保證內(nèi)花鍵大小徑有較高的同軸度，同時(shí)對(duì)工件預(yù)加工孔的精度要求不嚴(yán)，是一種應(yīng)用較普遍的結(jié)構(gòu)型式。

圖2 Ⅱ型拉刀結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 圓孔-倒角-花鍵復(fù)合拉刀

這種拉刀的結(jié)構(gòu)圖形如圖4所示，這種型式的拉刀加工容易，對(duì)工件預(yù)制孔精度要求也不嚴(yán)格，是目前較普遍采用的一種結(jié)構(gòu)型式。

圖4 Ⅳ型拉刀結(jié)構(gòu)示意圖

1.5 花鍵圓孔前后交錯(cuò)的小徑定心花鍵拉刀

這種拉刀的結(jié)構(gòu)圖形如圖5所示，這種型式的拉刀因?yàn)閳A孔和花鍵同時(shí)進(jìn)行拉削，可以保證內(nèi)花鍵小徑與鍵槽有較高的位置精度，滿足了內(nèi)花鍵與花鍵軸的互換性要求，它的缺點(diǎn)是由于圓孔齒和花鍵齒前后交錯(cuò)排列，磨花鍵齒鍵寬和圓孔齒外圓都較困難。

圖5 小徑定心拉刀結(jié)構(gòu)示意圖

2 提高使用壽命的新設(shè)計(jì)與工藝

綜合以上結(jié)構(gòu)型式的拉刀，發(fā)現(xiàn)只要使用得當(dāng)，修磨合理，有足夠的齒背寬度。那么影響拉刀使用壽命的主要因素包括鍵寬、花鍵校準(zhǔn)齒以及圓孔校準(zhǔn)齒的磨損了。下面設(shè)計(jì)了一種新的結(jié)構(gòu)拉刀，并進(jìn)行分析。如下頁圖6所示。

花鍵校準(zhǔn)齒和圓孔校準(zhǔn)齒通常有5～6個(gè)，那么在拉削較多工件后，切削齒會(huì)有磨損，切削齒磨損后第一個(gè)校準(zhǔn)齒受力增大也會(huì)磨損，第一個(gè)校準(zhǔn)齒磨損后，第二個(gè)校準(zhǔn)齒參加切削，以此類推直到最后一個(gè)校準(zhǔn)齒也因磨損尺寸減小到工件要求以下，拉刀才會(huì)因工件大，小徑尺寸超差報(bào)廢。所以只要保證校準(zhǔn)齒有5～6個(gè)最多8～10個(gè)，就不會(huì)因工件大，小徑超差導(dǎo)致拉刀報(bào)廢，因而拉刀的報(bào)廢一般是因?yàn)槔舵I寬磨損變小所致，因此減緩拉刀鍵寬的磨損就變得十分重要。拉刀鍵寬為減小拉削阻力和防止和已加工表面磨損導(dǎo)致工件表面粗糙度下降，因而拉刀副切削刃上都磨有1°30′～3°的側(cè)隙角，如圖7所示。

圖6 新結(jié)構(gòu)拉刀示意圖

圖7 花鍵側(cè)隙角（單位：mm）

側(cè)刃刃帶只有0.6 mm左右，若切削齒鍵寬磨損后，即使花鍵校準(zhǔn)齒再多，也只能保證接近大徑的0.6 mm處鍵寬尺寸，而對(duì)于鍵槽深度為4～8 mm花鍵來說無濟(jì)于事，為此，在花鍵校準(zhǔn)齒后面又加了花鍵校準(zhǔn)齒模塊（如圖8所示），這個(gè)花鍵校準(zhǔn)齒模塊有六個(gè)花鍵校準(zhǔn)齒，它的副切削刃不磨側(cè)隙角而鏟磨出側(cè)后角，這樣就能將從第一齒算起的所有切削齒的磨損量都彌補(bǔ)，使工件鍵寬仍能保證尺寸不小，這個(gè)花鍵校準(zhǔn)齒模塊的材料用進(jìn)口M42高速鋼材料，淬火硬度（HRC）為 68～70，其他刀齒的材料是W6Mo5C4V2（M2），淬火硬度（HRC）為 63～66，從這個(gè)數(shù)據(jù)上我們能夠看到花鍵校準(zhǔn)齒模塊較其他刀齒硬度相比有很高的耐用度。

在制造加工的工藝上，將拉刀后頂尖抬高，磨出花鍵校準(zhǔn)齒模塊的六個(gè)花鍵校準(zhǔn)齒，鍵寬有反錐量，即第一齒往后逐齒減小0.003 mm，同時(shí)保證第一齒比正?；ㄦI校準(zhǔn)齒的最后一個(gè)齒鍵寬小0.003 mm左右，這樣就能保證拉出的工件有較高的表面粗糙度，由于花鍵齒有周向位置要求，因此在花鍵校準(zhǔn)齒模塊內(nèi)孔上磨有鍵槽在拉刀光桿部分也加工有鍵槽，將鍵塊放入拉刀鍵槽中，再將花鍵校準(zhǔn)齒模塊套入裝有鍵塊的拉刀定位軸，再用螺母將花鍵校準(zhǔn)齒模塊緊固?。ㄈ鐖D9所示），這樣花鍵校準(zhǔn)齒模塊不會(huì)在拉刀上周向轉(zhuǎn)動(dòng)，保證了花鍵的位置精度。

圖8 花鍵校準(zhǔn)齒模塊

圖9 緊固花鍵校準(zhǔn)齒模塊的螺母

按此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拉刀我們?cè)谟脩魪S家做過實(shí)驗(yàn)，具體使用情況，如圖10所示。

圖10 拉刀使用壽命曲線圖

從圖10看到，用舊方法設(shè)計(jì)的拉刀從使用到報(bào)廢能拉4 000～6 000件工件，而按新方法設(shè)計(jì)的拉刀能拉11 000～12 000件工件，壽命提高了1倍，使用戶生產(chǎn)成本大大下降，受到使用廠家的歡迎。

3 結(jié)語

目前這種經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進(jìn)的矩形花鍵拉刀已在一些規(guī)模很大的企業(yè)中應(yīng)用，效果顯著。在未來的發(fā)展過程中，我們會(huì)不斷采用更加耐磨的材料做花鍵校準(zhǔn)齒模塊，進(jìn)一步提高拉刀的使用壽命。