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礦機(jī)零件大型異型螺紋加工刀具應(yīng)用

2020-4-2 來(lái)源：寧夏共享精密加工有限公司作者：柏長(zhǎng)友　延楊偉

摘要：在礦機(jī)零件生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)大型異型螺紋加工表面粗糙度和平面度要求高，故針對(duì)大型異形螺紋車(chē)削時(shí)，應(yīng)用不同刀具加工的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法，旨在提升大型異型螺紋加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：礦機(jī)零件螺紋刀具

1、機(jī)械基本組成

采用車(chē)銑復(fù)合加工中心，在 φ2870mm×1050mm 外圓柱面上完成大螺距非標(biāo)直角梯形螺紋加工，具體結(jié)構(gòu)組成如如圖 1 所示。螺紋牙形高 42.5mm，螺紋螺距 P 為75±0.025mm，斜邊傾斜度≤ 45° ±0° 3′，傳動(dòng)表面平面度 0.013，表面光潔度 Ra 為 3.2。此螺紋尺寸要求高，加工難度大，刀具選擇尤為重要。

圖 1　立柱結(jié)構(gòu)

2、切削加工過(guò)程中的難點(diǎn)：

首先工況較差，存在夾砂及縮孔缺陷，如圖 2 所示。經(jīng)焊接后硬度達(dá)到 350 ～ 400HB，在加工過(guò)程中刀具易崩刃。在精加工過(guò)程表面粗糙度差需反復(fù)加工去除高點(diǎn)，再拋光加工表面，加工效率低。螺紋對(duì)比牙形尺寸較大，標(biāo)準(zhǔn)刀具切削刃窄、切寬小，增加了走刀次數(shù)，致使加工周期較長(zhǎng)。

圖 2　夾砂與縮孔

3、切削難度解決對(duì)策

對(duì)加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的缺陷，在加工過(guò)程中要及時(shí)按排鉗工直接挖除缺陷、去除硬點(diǎn)，減少刀具反復(fù)撞擊造成的磨損。同時(shí)，增加刀桿剛性、刀片耐磨度，保證牙形尺寸精度及表面光潔度，提高了加工效率。另外，還要適當(dāng)增加切削刀具刃寬，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工情況調(diào)整切削參數(shù)。

4、具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程

4.1　使用標(biāo)準(zhǔn)切槽刀進(jìn)行螺紋車(chē)削

粗加工模式，鐵屑成螺旋狀，切削輕快，效果較理想；精加工模式，由于缺陷處理后焊接點(diǎn)硬度高，刀具崩刃嚴(yán)重，刀頭剛性差，局部硬點(diǎn)存在讓刀現(xiàn)象，粗糙度和平面度無(wú)法滿(mǎn)足顧客要求。

4.2　選用顧客提供專(zhuān)用刀具進(jìn)行加工

刀具基本信息：刀桿尺寸 50mm×50mm×160mm，刀片尺寸長(zhǎng) 36mm×13mm×13mm，刀尖圓角 R 為 3mm。粗加工時(shí)，排屑較好，鐵屑成螺旋狀，由于刀具圓角大故切削力增大，當(dāng)機(jī)床刀夾伸到螺紋底部時(shí)出現(xiàn)顫刀現(xiàn)象，刀刃出現(xiàn)微崩，刀片壽命縮短；精加工時(shí)，由于刀具剛性較好，硬點(diǎn)處讓刀情況得到很好解決，平面度和粗糙度都有所提升，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察分析，此結(jié)構(gòu)刀具由于整個(gè)切削刃參與切削，切削刃和工件接觸面有顫刀紋，無(wú)法滿(mǎn)足顧客要求。

4.3　選用仿形槽刀進(jìn)行加工

刀具基本信息：刀桿尺寸 32mm×32mm×160mm，刀桿主偏角為 -7°，刀片寬 8mm，刀尖圓角 R 為 4mm。精加工時(shí)，粗糙度有所提升，達(dá)到 3.2 ～ 4.0，但刀桿剛性不足，導(dǎo)致硬點(diǎn)處讓刀，平面度下降 0.08 ～ 0.12mm，仍無(wú)法滿(mǎn)足顧客要求。

4.4　專(zhuān)用刀具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

基本參數(shù)：刀桿直徑 50mm×50mm×300 ｍｍ，刀片尺寸 42mm×9.5mm×18mm，刀尖圓角 R 為 3mm。精加工，粗糙度 Ra 為 3.0 ～ 3.2，平面度 0.02 ～ 0.03mm，滿(mǎn)足顧客要求。該刀具特點(diǎn)為刀桿和刀片尺寸增大，提高刀具剛性；刀片材料選用超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金，PVD TiAIN 涂層，刀具耐磨性和耐沖擊韌性明顯提升；良好的剛性?shī)A持設(shè)計(jì)防止了高進(jìn)給中刀片松動(dòng)。上述多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)保證了加工表面光潔度較高，加工效率明顯提升，刀具壽命有所延長(zhǎng)。堅(jiān)固的懸臂夾具產(chǎn)生三個(gè)方向的鎖緊力，能抵消側(cè)面推力和切向力。

5、各刀具切削參數(shù)對(duì)比總結(jié)

各種方案效果如圖１所示，各項(xiàng)參數(shù)對(duì)比情況如表１所示。

表 1　不同方案參數(shù)對(duì)比表

通過(guò)表 1 可知，方案 1 所示標(biāo)準(zhǔn)刀具具有效率高，耐用度好，成本低的特點(diǎn)。但采用精加工時(shí)，無(wú)法滿(mǎn)足交貨質(zhì)量要求；方案 2 作為粗加工時(shí)，效率較低，作為精加工時(shí)，同樣無(wú)法滿(mǎn)足顧客要求；方案 3、方案 4 只能作為精加工，但案 3 在精加工時(shí)仍然無(wú)法滿(mǎn)足顧客要求。

圖 3　不同方案實(shí)施效果

最終選擇使用方案 1 所示標(biāo)準(zhǔn)刀具作為粗加工刀具，選擇方案 4 所示新開(kāi)發(fā)專(zhuān)用刀具作為精加工刀具。既提高了大型異型螺紋件加工效率，也提高了大型異型螺紋件加工質(zhì)量。

6、結(jié)語(yǔ)

目前在大型礦機(jī)類(lèi)產(chǎn)品中，研發(fā)出的專(zhuān)用刀具使用效果較好，但鑄件工況差時(shí)仍然會(huì)導(dǎo)致刀具出現(xiàn)耐用度差等問(wèn)題，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員不斷調(diào)整刀片材質(zhì)。隨著工業(yè)化發(fā)展，鑄件外徑逐漸增大，工件材質(zhì)變化，對(duì)刀片材質(zhì)、涂層、耐用度提出新的要求，這也要求相關(guān)研究人員不斷創(chuàng)新。

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