礦機零件大型異型螺紋加工刀具應(yīng)用
2020-4-2 來源：寧夏共享精密加工有限公司 作者：柏長友 延楊偉
摘要：在礦機零件生產(chǎn)過程中，對大型異型螺紋加工表面粗糙度和平面度要求高，故針對大型異形螺紋車削時，應(yīng)用不同刀具加工的優(yōu)缺點進行分析，并提出相應(yīng)的改進方法，旨在提升大型異型螺紋加工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：礦機零件 螺紋 刀具
1、機械基本組成
采用車銑復(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、切削加工過程中的難點：
首先工況較差，存在夾砂及縮孔缺陷，如圖 2 所示。經(jīng)焊接后硬度達到 350 ～ 400HB，在加工過程中刀具易崩刃。在精加工過程表面粗糙度差需反復(fù)加工去除高點，再拋光加工表面，加工效率低。螺紋對比牙形尺寸較大，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。
圖 2 夾砂與縮孔
3、切削難度解決對策
對加工過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷，在加工過程中要及時按排鉗工直接挖除缺陷、去除硬點，減少刀具反復(fù)撞擊造成的磨損。同時，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)場實際加工情況調(diào)整切削參數(shù)。
4、具體實驗過程
4.1 使用標(biāo)準(zhǔn)切槽刀進行螺紋車削
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硬度高，刀具崩刃嚴(yán)重，刀頭剛性差，局部硬點存在讓刀現(xiàn)象，粗糙度和平面度無法滿足顧客要求。
4.2 選用顧客提供專用刀具進行加工
刀具基本信息：刀桿尺寸 50mm×50mm×160mm，刀片尺寸長 36mm×13mm×13mm，刀尖圓角 R 為 3mm。粗加工時，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)機床刀夾伸到螺紋底部時出現(xiàn)顫刀現(xiàn)象，刀刃出現(xiàn)微崩，刀片壽命縮短；精加工時，由于刀具剛性較好，硬點處讓刀情況得到很好解決，平面度和粗糙度都有所提升，通過現(xiàn)場觀察分析，此結(jié)構(gòu)刀具由于整個切削刃參與切削，切削刃和工件接觸面有顫刀紋，無法滿足顧客要求。
4.3 選用仿形槽刀進行加工
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，粗糙度有所提升，達到 3.2 ～ 4.0，但刀桿剛性不足，導(dǎo)致硬點處讓刀，平面度下降 0.08 ～ 0.12mm，仍無法滿足顧客要求。
4.4 專用刀具設(shè)計開發(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，滿足顧客要求。該刀具特點為刀桿和刀片尺寸增大，提高刀具剛性；刀片材料選用超細顆粒硬質(zhì)合金，PVD TiAIN 涂層，刀具耐磨性和耐沖擊韌性明顯提升；良好的剛性夾持設(shè)計防止了高進給中刀片松動。上述多項優(yōu)點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。堅固的懸臂夾具產(chǎn)生三個方向的鎖緊力，能抵消側(cè)面推力和切向力。
5、各刀具切削參數(shù)對比總結(jié)
各種方案效果如圖１所示，各項參數(shù)對比情況如表１所示。
表 1 不同方案參數(shù)對比表
通過表 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。但采用精加工時，無法滿足交貨質(zhì)量要求；方案 2 作為粗加工時，效率較低，作為精加工時，同樣無法滿足顧客要求；方案 3、方案 4 只能作為精加工，但案 3 在精加工時仍然無法滿足顧客要求。
圖 3 不同方案實施效果
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 所示新開發(fā)專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
目前在大型礦機類產(chǎn)品中，研發(fā)出的專用刀具使用效果較好，但鑄件工況差時仍然會導(dǎo)致刀具出現(xiàn)耐用度差等問題，需要相關(guān)設(shè)計人員不斷調(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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