拉刀的服役条件和技术要求

1.拉刀的服役条件和技术要求

拉刀是低速、断续、轻切削的工具，在切削过程中拉刀承受很大的拉应力，主要的破坏形式是齿部磨损，有时也会出现拉断等情况，因此制造拉刀的材料首先必须具备很高的耐磨性和较高的韧性，还要有很高的抗拉强度。拉刀热处理后需要磨削加工，因此材料的可磨削性要好。拉刀一般由通用的高速钢制造，不太重要的拉刀有时也采用合金工具钢制造。

拉刀热处理后的硬度要求：切削齿、精切齿部分为63～67HRC；前后导向部分≥50HRC；柄部为40～52HRC。

拉刀热处理后的允许偏摆量见表5-3。

表5-3 拉刀热处理后的允许偏摆量

2.拉刀的热处理工艺

拉刀淬火加热通常用盐浴炉，回火用电阻炉或盐浴炉。拉刀热处理的工艺路线为：预热→淬火加热→淬火冷却→热矫直→（清洗）→回火（热矫直）→回火→柄部处理→清洗→检查→表面处理。

（1）预热 一般拉刀在800～870℃预热一次，预热时间为加热时间的2～3倍。拉刀直径≥60mm时，需经550～600℃低温预热，保温1h以上（空气炉），然后进行中温预热。

（2）淬火加热 在保证硬度合格的前提条件下，为减少淬火畸变应选择较低的淬火温度和较长的保温时间。拉刀的淬火加热温度可参考表5-4选择。拉刀淬火加热保温时间的加热系数如图5-13所示。

表5-4 拉刀的淬火加热温度

（3）淬火冷却 根据生产现场的条件和需要，拉刀的淬火冷却可在以下的冷却方式中选择：

图5-13 拉刀淬火的加热系数

1）油冷。拉刀在淬火加热后浸入60～120℃的热油中，待拉刀表面冷却到200～300℃后（小拉刀应取上限），取出热矫直。为减少拉刀淬火畸变，应注意油槽温度的均匀性，并使用静止的油淬火。

2）短时间等温。拉刀在580～620℃的盐浴中分级，待表面温度冷却到650～700℃时，转入240～280℃的硝盐中等温30～40min，再取出热矫直。直径较大（直径≥70mm）的拉刀应采用二次等温，即在580～620℃保持后，转入等温炉前，需在540～550℃盐浴中保持。

3）长时间等温。拉刀在580～620℃的盐浴中分级冷却后，在240～280℃等温3h，以后空冷至室温，清洗后冷矫直。

上述油冷和短时间等温的大型拉刀，在冷却到200℃左右时，将导向部分浸入中温盐浴中加热（浸入深度20mm），可减少顶尖孔开裂的危险。同时，在拉刀冷至室温前，不能清洗，清洗时应将水煮沸，以防产生开裂。

（4）回火 拉刀回火温度为550～570℃，保温1～3h，一般回火2次。长时间等温冷却的拉刀回火4～5次。回火应及时，一般拉刀冷至室温后在2～4h内回火。易开裂的大型拉刀应在冷至室温前（150℃左右）就回火，需回火4次。

（5）柄部处理 柄部处理加热温度为890～910℃，保温时间按12～18s/mm计算，淬火采用油冷或在250℃左右的硝盐中冷却，小型拉刀可采用空冷。

3.拉刀的矫直

矫直是拉刀热处理的关键工序，需要很高的操作技巧和非常丰富的实践经验，拉刀热处理的成败与否多取决于能否很好地完成矫直操作。拉刀矫直前，先正确找出弯曲部位、弯曲方向和弯曲量，然后根据拉刀的尺寸和工序选择不同类型的压力机。

（1）淬火后的热矫直 分以下两种情况：

1）单方向弯曲的拉刀。一般可按表5-5给出的步骤矫直。最大弯曲量多位于前导向部和刃部的前几个齿。每次加压时，拉刀受力点应沿同一方向（各截面偏摆最高点的连线），并自精切齿向柄部移动。刃部长度在1000mm左右者压4点，刃部长度750mm者压3点，刃部长度500mm以下者压2点或1点。

表5-5 单方向弯曲拉刀热矫直的顺序

(www.xing528.com)

注：1.细长拉刀或大直径拉刀应增加矫直次数为4～5次。

2.油冷却的拉刀，第一次加压后应达到平直，以观察弯曲恢复方向，并增加一次矫直。

2）S形（波形）弯曲的拉刀。对S形弯曲的拉刀开始矫直时，可按表5-6给出的步骤压成单向弯曲，然后按表5-5给出的步骤继续矫直。

表5-6 S形弯曲的拉刀热矫直开始顺序

（2）回火后热矫直 拉刀回火后弯曲会回复，可在出炉后，在螺旋式压力机上进行热压热矫直。回火热矫直的效果以第一次回火后进行矫直为好，以后逐渐减弱。一般拉刀回火后冷至400℃左右（细长拉刀的温度可高些）开始加压。拉刀在压力下冷却使弯曲得到矫直，通常在冷至室温前卸去应力。如果在热矫直后有回火工序，则将拉刀向反方向压过一些，以备在回火后弯曲的回复。

（3）精修矫直 回火和柄部处理后的拉刀，如仍未达到弯曲允许值，可选择以下方法精矫：

1）将直径和弯曲量基本相同的两支拉刀，凸面对凸面靠拢，在最高点中间垫一淬硬的钢块，然后用铁丝将柄部和精切齿部扎紧，使拉刀产生与原变形方向相反的弹性变形，在回火过程中即发生部分塑性变形，而达到矫直的目的。

2）利用在柄部与前导部之间未淬硬部位加压的方式，使拉刀形成波形弯曲，从而保证柄部和刃部偏差均在公差范围之内。

4.关于拉刀的淬火裂纹

大直径拉刀热处理开裂是拉刀热处理的重大难题之一，直径为150～200mm的大拉刀由于碳化物偏析严重，原材料又不能改锻，因此热处理时更容易开裂。

拉刀的淬火裂纹主要有以下几种类型：

1）纵向裂纹。由于碳化物带是沿拉刀的纵向方向分布的，严重的碳化物偏析使材料的强度降低，热处理时很容易沿碳化物偏析严重的方向产生裂纹，这种裂纹较宽较长。

2）横向裂纹。这种裂纹沿拉刀的横断面方向产生，通常在拉刀不同截面的过渡处产生。大直径拉刀的后柄部与直径的比差较大，通常是1∶3。小直径部分是材料的心部，碳化物偏析严重，强度低，是拉刀的薄弱环节，极容易产生横向裂纹。

3）顶尖孔裂纹。顶尖孔处于材料的心部，碳化物偏析最严重，强度低，最容易产生裂纹。同时，顶尖孔处于后柄部，直径小，淬火冷却速度快，产生较大的应力，容易形成裂纹。

避免大直径拉刀产生淬火裂纹的措施，主要是改进淬火工艺和回火工艺。

（1）改进淬火工艺 采用如图5-14的淬火工艺，其要点如下：

1）缓慢加热。第一次预热，温度为500～600℃，预热时间是加热时间5～6倍；第二次预热，温度为800～870℃，预热时间是加热时间的2倍；淬火加热选择中下限的淬火加热温度，W6Mo5Cr4V2高速钢为1120～1125℃，保温时间系数为8～15s/mm。

2）多次分级。第一次分级：600～650℃，1/5淬火加热时间；第二次分级：450～560℃，1/4淬火加热时间；第三次分级：250～290℃（等温），30～40min。

3）柄部及时退火。拉刀出等温槽后移至中温盐浴炉中，进行柄部退火，可以有效防止顶尖孔开裂。中温炉的温度为800～850℃，保温时间为6min。

4）热矫直，自行保温。拉刀冷却至160℃左右进行热矫直，矫直后在不加温的井式炉中缓慢冷却，冷却到到50℃以后取出。

图5-14 大直径拉刀淬火工艺曲线

注：a=8～15s/mm。

（2）改进回火工艺 拉刀进入回火炉之前应在250～290℃预热30～40min。回火冷却：拉刀第一次回火出炉后用耐火纤维包住拉刀截面过度处，缓慢冷却，防止由于第一次回火后大量残留奥氏体转变而开裂，第二次和第三次回火则不必将该处包起来。