矿车轮毂直纹滚花刀的加工工艺及质量分析

杨柳华

（江苏科技大学 工程训练中心，江苏 镇江 212003）

矿车轮毂直纹滚花刀的加工工艺及质量分析

杨柳华

（江苏科技大学 工程训练中心，江苏 镇江 212003）

在机械制造中，由机床、刀具、夹具和工件共同组成的统一体，称之为工艺系统，在这个系统中刀具作用是至关重要，本文重点阐述了矿车轮毂直纹滚花刀的加工工艺、质量分析以及热处理工艺的改进等。

滚花刀；加工工艺；热处理；质量分析

滚花刀又称滚花轮，是机械加工中常用于机械零件表面增加摩擦力和装饰的一种刀具，通过滚花刀在工件表面上滚压，而形成有规则的凹凸纹理，纹理通常由直纹、网纹、斜纹和人字形纹等形状，直纹和网纹一般是应用于增加零件表面摩擦力，斜纹和人字形纹一般是应用于零件表面装饰。

如图所示：是加工矿车轮毂外圆直纹的滚花刀，材料为Cr12冷模工具钢，通过刀具在轮毂外圆的滚压形成有规则的直纹，增加橡胶轮胎与轮毂外圆表面的摩擦力，达到橡胶轮胎与轮毂外圆表面的紧密集合为目的。目前市场上很难采购到大型轮毂所需要的滚花刀，所以滚花刀的制造就有为重要。下面就滚花刀的加工工艺和质量分析作如下阐述。

1 滚花刀的加工工艺

滚花刀的加工工艺步骤如下：

下料——车削加工——铣削加工——热处理——磨削加工。

1.1 下料

采用厂家出厂的圆棒钢料（Ø100Cr12圆钢，退火状态），下料尺寸为Ø100*36。

1.2 车削加工

滚花刀齿坯加工要求：由于加工后的齿坯要作为以后齿形加工和检验时的基准，而基准的精确程度对齿形加工时的定位和加工质量影响很大，因此必须十分重视对齿坯的加工［1］。

1）加工孔和端面：a.以毛坯外圆定位，加工端面，留齿坯长度33mm。b.钻中心孔，然后采用Ø30mm的钻头钻孔，再用Ø45mm的钻头扩孔。

2）镗孔：先粗镗孔尺寸到Ø49mm，再精镗孔尺寸到Ø51.4mm。内孔单边留0.3mm磨削量。

3）用已加工的孔和端面作为定位基准安装在心棒上，加工其他的外圆、台阶和端面。大外圆尺寸：Ø89.2±0.05*10、台阶尺寸：Ø80*20、端面加工时要保证齿坯长度30mm、加工台阶和大外圆时采用圆弧过渡，圆弧半径为5mm.。

4）倒角：大外圆两端面和台阶端面倒角尺寸为1.5*45°，内孔两端倒角尺寸为2*45°。

1.3 铣削加工

在卧式铣床上采用仿形法铣削滚花刀刀齿。具体的加工步骤如下：

1）铣刀的选用及安装：采用规格为Ø75*90°*22双角对称的角度铣刀并安装在铣床芯轴上。（如果没有双角对称的角度铣刀，可以刃磨一把与刀齿齿槽形状一致的短刀头，采用单刀切削法加工齿形）。

2）安装并调整分度头及尾架：将分度头安装在铣床的纵向工作台上，然后将样棒（又称调试棒尺寸Ø30*200）装夹在分度头主轴上，采用百分表校正样棒的侧母线与纵向工作台进给方向平行，保证了分度头主轴与纵向工作台进给方向平行。调整分度头主轴仰角为负0.478°。

3）分度计算：根据分度头简单分度原理计算分度手柄的转数［2］

n=40/Z=40/70=16/28

即每铣好一个齿槽后，分度手柄应在28的孔圈上转过16个孔距。

在分度时，为了避免数错孔距，可利用分度叉来计算。在分度操作时还要注意的是，每分度一次都必须要锁紧主轴，否则在加工刀齿时主轴会偏转，影响齿槽的精度。

4）安装心棒及齿坯：将齿坯有台阶的一面朝分度头，将尾架后顶针顶在心棒另一头的中心孔上，转动尾架手轮，可使后顶针进出移动，以便装卸工件。

5）刀具对中心试切：齿坯中心和铣刀中心线对准的方法，简称对中心。中心对准后要锁紧横向工作台。

6）调整铣削用量：选择主转速为118r/min，进给速度为47.5mm/min.切削深度为1.4mm，（全齿高为1.55mm）。

7）调整纵向工作台自动挡铁，防止在铣削时刀具与分度头相撞，损坏刀具和分度头。

8）分齿依次铣削：先打开冷却液，然后铣削两个齿，测量齿尖的宽度，根据测量再微调切削深度，再铣削两个齿，直到齿尖宽度为0.3mm为止。然后锁紧升降台，依次分齿铣完70刀齿。

1.4 热处理工艺

Cr12冷模工具钢的化学成分：［3］

牌号碳C硅Si锰Mn磷P硫（S）镍（Ni）铬（Cr）钴（Co）铜（Cu）Cr12 2.00～2.3≤0.40≤0.40≤0.03≤0.03≤0.25 11.5～13.0≤1.0≤0.30

淬火工艺：

采用调质处理加低温淬火：

1）调质工艺：升温至840Cº保温1小时，升温至1050Cº保温50分钟入油淬火，去油，清洗，吹干，在760Cº回火保温1.5小时，空冷。

2）低温淬火工艺：升温至750Cº预热30分钟，加热至920Cº保温1小时，入油淬火，去油，清洗，吹干，在200Cº回火保温3～4小时，空冷。硬度≤60HRC［4］

在低温淬火前先调质处理，以细化淬火前组织，在低温淬火后可以改善组织，获得细化的碳化物，消除网状碳化物，从而提高冲击韧性和抗弯强度，可以消除机械加工的组织应力，防止淬火裂纹和变形，提高滚花刀的使用寿命。

1.5 磨削加工

在内圆磨床或万能外圆磨床上加工滚花刀的内孔至尺寸Ø52+0.006，表面粗糙度为1.6µm。

2 质量分析及工艺措施

1）在加工齿形时出现齿坯跳动、侧摆，原因是齿坯的圆柱面与齿坯的中心线同轴度差，齿坯的端面与齿坯的中心线垂直度差。措施是在加工齿坯时一定要提高端面和孔的加工精度。

2）齿形向一边倾斜又称为困齿，原因是铣刀中心与齿坯的中心没有对正。措施是重新对中心。

3）齿数不对，原因：a分度计算错误；b.分度时选错了孔圈；c.分度叉使用不当。措施是仔细进行分度计算和正确使用分度头。

4）齿槽两侧粗糙度差，有振纹，原因：a.铣刀不锋利；b.进给量太大；c.铣刀芯轴有摆差；d.工件装夹不稳；e.分度头主轴没有锁紧。措施是：a选择锋利的铣刀；b减小进给量；c修整芯轴或更换；d仔细装夹工件；e铣削时一定要固定分度头主轴。

5）滚花刀在工作时出现齿形断裂和裂纹；原因：a热处理工艺不规范，淬火硬度太高；b材料不对。措施：a严格按照热处理工艺要求进行操作；b认真检查所用材料是否正确。

6）滚压直纹不齐，出现“s”形；原因：a滚花刀刀架刚性不足；b装夹滚花刀的轴销磨损；c滚花刀的内孔两端有锥度。措施：a提高刀架的刚性；b更换轴销；c磨削内孔时首先要认真调整磨刀杆与纵向工作台进给的方向要一致，减小进刀量，避免振动，防止出现让刀现象。

3 结束语

在滚花刀的设计、选材、加工和热处理等方面，进过了多次试验从修改设计方案、更换刀具材料、改进加工工艺，尤其是热处理工艺。曾用过T10A，40Cr等材料，在加工时发现刀具裂纹和变形比较严重。为了改善刀具的耐磨性，提高淬火硬度，但刀具在使用过程中崩齿现象很严重，降低淬火硬度，刀具的耐磨性和切削能力又降低很快，影响了刀具的使用寿命，试图改变热处理工艺，但效果都不明显。后来择用Cr12工具钢，采用调质加低温淬火热处理工艺方法，经过使用，产品性能稳定，加工质量和刀具的使用寿命都有了很大的提高，节约了大量生产成本，提高了企业的经济效益，同时也提高了企业的生产力。

［1］荆宏智.机械制造工艺学［M］.机械工业出版社 1992.12.

［2］罗秀文，糜世荣等.铣工工艺学［M］.科学普及出版社1984.7.

［3］冯晓曾等.模具用钢及热处理［M］.机械工业出版社 北京1982

［4］王明贤，舒文芬等.金属材料及热处理［M］.机械工业出版社1988.9.

杨柳华（1962—），男，助理工程师，大专，主要研究方向：机械制造和工程训练。