河南理工大学圆孔拉刀的设计.doc

河南理工大学
圆孔拉刀的设计
目录
一．已知条件
二．拉削特点
三．刀具材料的选择及拉床的选择
四．拉床切削部分的选择
五．验证
六．工做部分的设计

一．已知条件
孔径35±0.01mm削长度60mm,材料45钢，硬度HRC32-35，拉前预制孔径为34，零件图如下：
二、拉削特点
要求设计出的精加工拉刀能够完成零件的内孔加工。拉削特点 拉削是利用拉刀切削金属的高生产率的加工方法，可以用来加工各种形状的通孔.槽.以及简单或复杂形状的外表面。拉削加工与其他切削加工方法相比其特点表现在：生产率高，加工精度和表面粗糙度高.成本低、机床机构简单、
三、刀具材料及拉床的选择
由于材料为45钢，所以刀具材料可选择40cr、拉床可选择卧式拉床L6110A
四、拉刀切削部分的选择 切削部分是拉刀的重要部分，它决定着拉削生产率和加工表面的质量。设计切削部分是解决下列任务：选择拉削方式，确定拉削余量，选择前角、后角及齿升量，确定齿距及容屑槽数量和尺寸等。
4.1：确定拉削余量 拉前孔为镗孔或粗绞孔到34mm，所以直径方向拉削余量A=Dmmax-dwin=35.01-34=0.01
4.2 齿升量 a.粗切齿齿升量 为了缩短拉刀长度，应尽量加大，使各刀齿切除总余量60％-80％，故取fz1=0.03
b.过渡齿齿升量 在各齿上是变化的，变化规律为逐齿递减，以使拉削力过渡平稳 所以f2分别取 0.025、0.02、0.015。
c.精切齿齿升量 按拉削表面质量要求选取 f3=0.01
d.标准齿齿升量f4=0 是起最后修光、校准拉削表面的作用。
4.3 齿数的确定 先预设 z2=3 z3=4 z4=6
则z1=[A-(A2+A3)]/2f1=[1.01-(0.025+0.02+0.015)x2-2x4x0.01]/2x0.03=13.5
所以取z1=13 余下切除余量为A4=1.01-[13x2x0.03+2x(0.025+0.02+0.015)+（4x2x0.01）]=0.03
所以过渡齿数为5 每齿切除的余量分别为0.05、0.04、0.03、0.015、0.015。
4.4 直径DX 粗切齿DZ1
DZ1=dwmin=34 第一齿为切除余量 故粗切齿余量A1=13x2x0.03=0.78
由公式 DZ2-DZ14=DZX-1+2f1
所以DZ2=34+2x0.03=34.06
DZ=34.06+0.06=34.12
DZ4=34.12+0.06=34.18
DZ5=34.18+0.06=34.24
DZ6=34.24+0.06=34.3
DZ7=34.3+0.06=34.36
DZ8=34.36+0.06=34.42
DZ9=34.42+0.06=34.48
DZ10=34.48+0.06=34.53
DZ11=34.53+0.06=34.59
DZ12=34.59+0.06=34.65
DZ13=34.65+0.06=34.71
DZ14=34.71+0.06=34.78
过渡齿DZ15=34.78+0.05=34.83
DZ16=34.83+0.04=34.87
DZ17=34.87+0.03=34.9
DZ18=34.9+0.015=34.915
DZ19=34.915+0.015=34.93
同理精切齿的齿数
DZ20- DZ24=34.95 34.97 34.99 35.01
标准齿：DZ25- DZ30=35.01
4.5 几何参数
（1）由于材料为45钢 所以前角取12°
拉普通钢后角去2.5°-4° 在这里可取2.5° 校准齿后角取1°.
（2）齿距P P=1.5X√L=1.5X√60=11.6 所以取p=12
精切齿 校准齿齿距 P=12X0.6=7.2 取7
（3）容屑槽的选择 由于圆弧齿背型容屑空间大，制造较易适用于拉削塑性材料和综合拉削拉刀上，所以可取圆弧齿背型拉刀其尺寸选取如下：
粗切齿、过渡齿：p=10 g=4 h=4 r=2 R=7
精切齿、校准齿：p=9 g=3 h=3.5 r=1.8R=5

（4）分屑槽的选择
弧形槽n=6, R=25
角度槽 角度60° hk=6 槽底后角5°

4.6 检验
检验同时工作齿数
Ze=L/P+1=60/12+1=6>3
容屑槽深度h=1.13x√klhD=1.13X√3X60X0.06=3.71
检验拉刀强度
6=Fcmax/Smin<[6]
Fcmax=Fc’bDmaxZek
经计算强度符合。
4.7 （1）前柄 D1=34 D2=29.5 L1=40
(2)过渡锥长 L3=20
颈部 D2=18 L2=100
(3)前导部与后导部
前导部：D4=dmin=34 L4=50
后导部：D6=Dmin=35 L6=40
长度L=前柄+过渡锥+颈部+前导部+刀齿部+后齿部=40+20+100+50+（18x12+11x7）+40=533
4.8 硬度
刀齿与后导部：63-66HRC
前导部：60-66HRC
柄部 40-52HRC
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圆孔拉刀的设计
工件直径Ф48H7( +0.025 0)mm,工件拉削孔长度38mm,空内无空刀槽，拉削表面粗糙度不得大于Ra1.6μm。工件拉削孔部截面图见图4-１。
工件材料：铜合金QA15，调质处理,硬度HBS200,抗拉强度бb=800MPa。
拉床型号:L6120型;工作情况:良好的旧拉床。
采用10%极压乳化液。
要求设计圆拉刀。设计时应考虑:预制空加工方式;标准麻花钻钻削;拉削变形量：拉削后孔收缩，收缩量（在直径上）为0.01mm。
［设计步骤］
（1） 选择拉刀材料及热处理硬度　参考附录表5选Ｗ6Ｍo5Ｃ
r4Ｖ２高速钢按整体式制造拉刀。热处理要求见图４－１。
（2） 确定拉削方式　综合式拉刀较短，适用拉削碳钢和低合金
钢，拉削精度和表面质量并不低于其它拉削方式，且拉削耐用度较高。因此，本例选择综合式拉削。
（3） 选择刀齿几何参数　按表4-2、表4-3选择，具体见图4-1。
（4） 确定校准齿直径　本例以脚标o、w、m、c、g、j和x依次
表示拉刀、预制孔、拉削孔、粗切齿、过渡齿、精切齿和校准齿。
　　　　　　　　　do=dmmax+δ=48.035mm
式中　δ——拉削变形（收缩）量，δ＝0.01mm。
（5） 确定拉削余量　计算余量（按表4-1）为
Ａ′=0.005dm＋（0.1～0.2）=(0.005×48+0.15)mm=1.16mm
按GB6137-85《锥柄长麻花钻》第１系列取Ф47.0mm的钻头。这样，实际拉削余量为
Ａ＝dox-dwmin=(48.035-47.0)mm=1.035mm
（6） 选取齿升量　按表4-4，选取粗切齿齿升量ａf=0.04mm。
（7） 设计容屑槽
1） 计算齿距　按表4-7，粗切齿与过渡齿齿距为
P＝（1.2～1.5）=（1.2～1.5）=7.4～9.2mm
取 P=8mm
当P≤10mm时
精切齿和校准齿齿距为Pj=Px=P=8mm
2）选取拉刀容屑槽 查表4-8，选曲线齿背型，粗切齿和过渡齿取深槽，h=3mm：精切齿和校准齿取基本槽，h=2mm。
3）校验容屑条件 查表4-10得容屑系数k＝3.0，则
h′=1.13=1.13×mm=3.4mm
显然，h′〈h，容屑条件校验合格。
4）校验同时工作齿数 照表4-7计算（l/p）=38/8=4,
zemin=4,zemax=4+１。满足３≤ze≤8的校验条件，校验合格。
　　（8）确定分屑槽参数 拉刀粗切齿与过度齿采用弧形分屑槽，精切齿（最后一个精切齿除外）采用三角形分屑槽。弧形槽按表4-12
设计，当domin=47mm，槽数nk=12，槽宽
a=domin sin90o/nk-（0.3～0.7）mm =47×sin90o/12-（0.3～0.7）mm=5.5mm
切屑宽度 aw=2dominsin90o/nk-a=（2×49×sin90o/12-6）mm=6.77mm
因aw＞a，可使拉削表面质量较好,前后刀齿重叠拉削而无空隙。
三角形槽按表4-11设计，d。=48mm
N=（1/7～1/6）πd。=24
槽宽b=1～1.2mm,深h′=0.5mm,槽形角w≥90o
前后刀齿的分屑槽应在圆周方向错开半个槽距，交错排列。
（9） 选择拉刀前柄 按表4-17，选用Ⅱ型—A无周向定位面的圆柱形前柄，取d=45mm,卡爪处底径d2=34mm,其他见图4-1。
拉刀无需设后柄。
（10） 校验拉刀强度与拉床载荷 按表4-20、表4-21和表4-22计算最大刀削力。根据综合式拉削特点，切削厚度ac=2af。
Fmax=FZ∑awzemaxk0 k1 k2 k3 k4×10ˉ3
=196×48π/2×5×1.06×1.15×0.9×1.13×1.12×10-3KN=102.6KN
拉刀最小断面为前柄卡爪底部，其面积为
Ａrmin=πd22/4=π×342/4mm2=907.9mm2
危险截面部位的拉应力为
б=Fmax/Armin=102.6/907.9GPa=0.113GPa
按表4-25，高速钢圆拉刀许用应力[б]=0.35GPa,显然，б<[б],拉刀强度校验合格。
按表4-23、表4-24和已知L6120型良好状态旧拉床，可算出拉床允许拉力
Frk=200×0.8KN=160KN
显然，Fmax<Frk，拉床载荷校验合格。
（11） 确定拉刀齿数和每齿直径尺寸 按本章一、3.齿升量中所述，取过度齿与精切齿齿升量递减为：0.03、0.025、0.020、0.015、0.01、0.01mm,共切除余量
Ag+Aj=2（0.03+0.025+0.020+0.015+0.01+0.01）mm=0.22mm其中，前2齿齿升量大于1/2af,可属过渡齿；后4齿齿升量较小，属精切齿。
粗切齿齿数按下式计算后取整为
Ze=[A-(Ag+Af)]/2af+1=(1.035-0.22)/2×0.04+1=11
粗切齿、过渡齿、精切齿共切除余量
[（11-1）×2×0.04+0.22]mm=1.02mm
剩下（1.035-1.02）mm=0.015mm的余量未切除，需增设一个精切齿切到要求的尺寸。
按表4-14，取校准齿7个，其直径尺寸dox已在前面计算确定了。
这样，拉刀总齿数为
zo+zg+zj+zx=11+2+5+7=25
图4-1中按齿号列出了各齿直径尺寸及其公差。
（12） 设计拉刀其他部分 按表4-19：
前柄 l１=110mm d１=45f8mm
颈部 l２=m+Bo+A-l3≈110mm d2=d1-0.5mm=44.5mm
过渡锥l3=15mm
前导部 l4=40mm d4=dwmin=49f7mm
后导部 l7=20mm d7=dmmin=50f7mm
拉刀前柄端面至第1刀齿的距离
L1′=l1′+m+Bs′+A+l4=(105+20+75+35+40)mm=275mm
(13) 计算和效验拉刀总长
粗切齿与过度齿长 l5=8×(11+2)=104mm
精切齿与效准齿长 lo=5.5×(5+7)=66mm
拉刀总长 L=L′+l5+l6+l7=465mm
按表4-26允许拉刀总长为24do=24×50mm=1200mm,显然,拉刀短得多,所以长度合格。
(14)制定拉刀技术条件 应根据本章二。主要内容应列入拉刀工作图中,见图4-1。
(15)绘制拉刀工作图 见图4-1。