拉刀和拉削方法 【技术领域】
本发明涉及一种拉削工具或拉刀以及一种拉削方法，尤其是涉及一种用于精加工硬度为45～65HRC(洛氏硬度)的高硬度材料内的中空孔的方法。
背景技术
现有技术(如JP2001-A-239425)中已经公开了一种精加工热处理后硬度为45～65HRC的材料的拉刀。在该拉刀中，形成精加工切削刃的工具材料经渗碳处理，每一切削刃再涂覆一层硬涂覆材料，其前角设为-10～-30°。因此，这种拉刀在切削高硬度材料时可以得到令人满意的精加工表面。而且，拉削精加工以40～60m/min的速度从而降低刀具的磨损量。
但是，上述JP-A-2001-239425没有考虑拉刀切削刃的精加工余量，也没有考虑拉刀的每个切削刃的切削深度(即切削刃切入到工件的数值)。
因此，在热处理前用拉刀精加工时，对于碳或合金钢工件，在加工花键孔时，拉刀的每个切削刃的切削深度经常设置为大约25～30微米，而在精加工圆孔时大约为9～20微米。如果加工狭槽(例如花键孔和球形凹槽)时切削深度小于20微米，加工圆孔时切削深度小于9微米，切削刃会由于在刃口和工件之间的刮擦而磨损，这样刀具的寿命会缩短。
而且，至今还没有建立一种关于拉削热处理后硬度在45～65HRC之间的高硬度材料的切削深度的理论。相反，当切削刃的切削深度减小时，就会产生这样的问题：拉刀长度增大，从而增大了刀具的制造成本。
【发明内容】
本发明旨在解决上述传统问题，并提供一种精加工热处理后硬度为45～65HRC地高硬度材料的中空孔的长寿命拉刀，该拉刀刃口上几乎没有崩刃或非正常磨损。
本发明的另一个目的是提供一种用上述拉刀进行满意拉削的方法。
根据本发明，用于精加工中空孔的拉刀包括许多沿纵向方向按尺寸顺序排列的切削刃。其特征在于：所述切削刃中至少一个精加工部分切削刃经渗碳处理，并且每个切削刃沿切削方向的切削深度，在精加工狭槽(如花键孔和球形凹槽)时为5～15微米，而精加工圆孔时其深度是3微米到小于9微米。
根据上述结构，至少上述精加工部分的每个切削刃的切削深度被减小，这样，一定程度上抑止了产生在切削刃口上的应力，从而防止了刃口崩刃。由于切削刃经渗碳处理，因此耐热与抵抗磨损的能力增强，刀具也就变得经久耐用了。
优选的是，经渗碳处理的WC的平均粒径为0.4～0.8微米，钴的含量为5～15％(重量百分比)。这样就使得切削刃甚至在切削深度很小并有很大刮擦的条件下也可以很好的防止磨损。
根据本发明的另一方面，精加工中空孔的拉削方法包括：准备工件，该工件具有一中空孔并且其热处理后的硬度为45～65HRC(洛氏硬度)；而且利用上述拉刀将该中空孔的切削表面精加工到一成品尺寸。根据本加工方法，在高硬度工件和拉刀之间的磨损系数降低了，产生的热量减少了，磨损减少了，从而延长了工具的寿命。
根据成品尺寸，在精加工的切削方向上，将精加工余量优选为0.01～0.15mm。
本发明的上述结构揭示出一种用于拉削精加工硬度为45～65HRC的高硬度材料的中空孔的拉刀，当刃口经渗碳处理时，该拉刀在其刃口上几乎没有崩刃现象或非正常磨损，并且有一更长的寿命，上面的叙述还揭示了一种有良好效果的拉削方法。
通过下面结合附图对本发明一个实施例的叙述，本发明的其他方面、特征以及其优点将变得更加明了。
【附图说明】
图1是根据本发明用于精加工一种热处理后工件的中空孔的拉刀的正视图。
图2是具有花键孔的工件用图1所示的拉刀加工后的平面图。
图3是图2所示工件的花键孔的槽部放大视图。
图4示出图2中三种情况精加工(热处理前拉削后，热处理后以及精拉削后)后的花键孔的大径示意图。
【具体实施方式】
迄今为止，对于用拉刀加工热处理前的碳钢和合金钢的工件，加工狭槽(如花键孔和球形凹槽)时通常运用的拉刀的每个切削刃的切削深度为25微米～30微米，加工圆孔时其深度为9～20微米。这是因为，如果加工狭槽(例如花键孔和球形凹槽)时切削深度小于20微米，加工圆孔时小于9微米，切削拉刀刃将会由于它们和工件之间的刮擦而磨损，工具的寿命将会缩短。
当用上述拉刀以同样的切削深度加工热处理后硬度为45～65HRC的高硬度材料时，切削刃的刃口将会崩刃，工具的寿命将会缩短。这是因为，被加工材料很硬，加工此类材料的切削刃要更硬，刃口脆性大，所以易崩刃。
本发明的发明者考虑到，要精加工热处理后硬度为45～65HRC的高硬度材料，要延长工具的寿命最重要的是减少崩刃而非切削刃的刮擦。因此，在本发明中，在精加工狭槽(例如花键孔和球形凹槽)时切削方向上拉刀每一切削刃的切削深度限定为5～15微米，而在精加工圆孔时限定为3微米到小于9微米。据此，一定程度上抑制了产生在切削刃口上的应力，刃口也就避免了崩刃。另外，切削刃处材料经渗碳处理，增强了抵抗热和磨损的能力，从而刀具能持久抵抗磨损。
如果加工狭槽(例如花键孔和球形凹槽)时切削刃的切削深度小于5微米，加工圆孔时小于3微米，切削刃将会由于切削刃和工件之间的刮擦而磨损，工具的寿命将会缩短。而且，当切削深度减少时，拉刀的整个长度增大了，拉刀成本增大。本发明解决了这个问题。
另一方面，当在切削方向上加工狭槽(例如花键孔或球形凹槽)时，切削刃沿切削方向的切削深度超过5微米，而加工圆孔其深度为9微米甚至更多时，切削刃口就会有崩刃现象。另外，当切削深度减小时，拉刀的整个长度增大，拉刀成本就会增加。本发明为避免上述问题，在精加工中空孔时，材料在切削方向相对于精加工后尺寸留有0.01mm到0.15mm的精加工余量进行预处理。
发明人将在以下解释为什么留有0.01mm或更多的精加工余量。在精加工中空部件的内表面中，孔径通常会由于热处理变形而减小。因此，即使预精加工尺寸等于最后的成品尺寸，以及即使考虑由于预精加工形成的不平的表面因素，精加工预量也不可省去的。内表面拉削属于平衡切削，其有一个跟随预精加工表面结构的特性。因此，即使精加工余量很小时，均衡的切削偏差几乎不会发生，几乎不会留下黑鳞(black scale)，从而使设立一个小的精加工余量(例如约0.01mm)成为可能。
而且，余量被设置成小于或等于0.15mm的原因是：存在许多依赖于工件形状的因素，热处理变形出现改变，孔径局部扩大，边缘需要给出一定程度的精加工余量而且拉刀不需加长而变得不经济。上述限定优先通过观测工件的热处理状态而设得尽可能小。
本发明的拉刀中，经渗碳处理的材料的WC的平均粒径优选0.4～0.8微米，钴含量优选5～15％(重量百分比)。这是因为当WC的平均粒径小于0.4微米时切削刃不易制造。当粒径超过0.8微米时，切削刃容易崩刃。同样，当钴含量小于5％容易崩刃，而当含量超过15％时，抵抗磨损的能力就下降了。
顺便指出，将TiAlN硬涂层涂在切削刃表面而非每一个切削刃的前刀面，工具将会更耐磨损，有更长的寿命。
图2示出通过利用本发明实施例中的拉刀加工工件的一个例子。在工件6上待精加工部分是在工件内径上形成的方形花键的四个花键大径槽7～10。
每一个花键的大径的初始大小为φd1＝40.0mm，用拉刀预精加工后的花键大径为φd2＝39.9mm。也就是说，根据成品尺寸的直径大小，工件留有0.1mm的精加工余量用于预加工。之后工件6经渗碳和硬化，表面硬度达到60HRC。渗碳深度大约为1mm。此时，工件由于热处理变形内径减小，热处理后的花键外径为φd3＝39.8～39.85mm(φd3的最小值：φd3min＝39.8mm)。图4示出了d1、d2、d3之间的关系。
图1示出本发明的实施例的拉刀20，图2示出利用图1中的拉刀精加工花键大径部分。虽然该实施例已经示出待加工部分为方形花键，但也可以用于加工狭槽(例如球形凹槽)。当加工圆孔时，可以用与孔形状相似的拉刀。
图1所示的拉刀是用于精加工中空孔的拉刀，其中许多切削刃2沿切削刃部分5的轴向或纵向方向按尺寸顺序排列。至少一个精加工部分4的切削刃2经渗碳处理，在切削方向上每一切削刃的切削深度为5微米到15微米，精加工圆拉孔时切削深度设定为3微米到小于9微米。
图1所示的拉刀20在夹持部分1后设有许多切削刃2。切削刃2经渗碳处理，WC的平均粒径为0.7微米，钴含量为11wt％(重量百分比)。每一个切削刃2的切削刃表面而非前刀面涂覆一层硬涂层TiAlN。在切削刃部分5的前半部3，每一切削刃的切削深度设为15微米。在切削刃部分5用于精加工的后半部或者精加工部分4中，切削刃的切削深度设为10微米。
如图3所示，在用此拉刀切削时，整个切削深度L1＝(d1-d3min)/2＝0.1mm。切削刃部分5的前半部3的切削深度L2＝15μm，后半部4的切削深度L3＝10μm，切削刃部分5的前半部3的切削刃的数量为4，后半部4的切削刃的数量为4。另外，切削刃部分5的切削刃的刀刃间距设为15mm，拉刀整个切削刃部分的长度设为120mm，拉刀更紧凑和更经济。
热处理后的花键大径部分用拉刀加工后如图2所示。结果是，切削刃口的崩刃现象大大减少，同切削深度为25微米的情况相比，工具的寿命提高了2倍或更多倍。
本发明的实施例中，热处理后的高硬度材料的中空孔用该拉刀精加工，当加工狭槽(如花键孔或球形凹槽)时沿切削方向切削刃的切削深度设为5～15微米，加工圆孔时深度设为3微米到小于9微米。因此，在切削刃口上有很少崩刃或非正常磨损，进行长寿命的拉削加工成为可能。特别是，当切削刃材料经渗碳处理，工具将有一个长寿命而无崩刃现象。
而且，在预加工中，根据成品尺寸，在切削方向上精加工余量设定为0.01～0.15mm。因此，不会留下任何未加工的黑鳞。即使使用刀刃的切削深度为15微米或更少的硬质合金拉刀时，拉刀的整个长度很小，而且该拉刀的经济效益更优越。另外，切削刃2的切削刃表面而非前刀面用TiAlN涂覆，工具提高了抵抗磨损的能力，有一个更长的寿命。
另外，经渗碳处理的切削刃中的WC平均粒径为0.4～0.8微米，钴含量为5～15wt％，工具甚至在切削深度很小而且存在很大刮擦的情况下还会更耐磨损。
本发明的特征在于：当加工狭槽(如花键孔或球形凹槽)时拉刀沿切削方向的切削刃的切削深度设为5～15微米，精加工圆孔时深度设为3微米到小于9微米。在一些情况下，例如在进行粗加工或精加工时切削刃的切削深度变化的情况下，即使当用于精加工的切削刃的切削深度设为15微米或更小时，将获得一定程度的效果。这是因为，用于粗加工的切削刃的寿命首先结束时，而精加工的崩刃现象会延迟发生。
本发明并不限于上述实施例的方形花键的加工，可以进行大直径工件的相似加工、齿形表面的加工或渐开线花键的内径加工或它们的组合、球形凹槽加工或CVT内径加工或它们的组合。
本领域普通技术人员可以理解，更进一步的叙述可以从本发明的实施例中得出，可以做出的明显的改变或变化不会脱离本发明的精神以及权利要求所限定的范围。