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大直径套料刀的研制与应用
来源:   发表时间:2008/5/30  浏览次数:
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  随着科学技术的不断发展,机械加工技术进入了“高速、高效、智能、复合、环保”的崭新发展阶段,许多高速、高效的刀具应运而生:在孔加工方面,大直径扁钻、大直径复合钻代替了传统的钻、扩两序加工;大直径螺旋槽丝锥、内容屑丝锥等高精度、高效率刀具也得到广泛的应用。在汽轮机行业,大孔套料刀具也起到了高效加工的效果。

    球面垫圈类工件加工现状

  球面垫圈是汽轮机上、下缸体装配时不可缺少的调节部件,材质为2Cr12NiMo1W1V高强度耐热合金钢,它具有导热性差、韧性大、易加工硬化、易产生积屑瘤等特点,是常用钢材中可切削性较差的一个钢种。

  常用球面垫圈传统的加工工艺是先用钻头钻孔,再用内孔镗刀分几刀车削至要求的内径尺寸。由于材质本身的特殊性,使球面垫圈的切削效率较低、刀具磨损较快、辅助时间长、加工质量不稳定等缺点暴露出来。再者,由于材料的大部分(棒料中间)都变成了铁屑,浪费大量的原材料。

  针对此类零部件加工特点,综合考虑提高工件的加工效率、降低工具成本、提高材料利用率等几方面,我们研制了大直径套料刀,有效的解决了此类零部件的加工难题。

    大直径套料刀的研制与应用

  刀具主要针对内孔为Φ70~Φ136的球面垫圈进行研制。

    结构参数的确定

  套料刀具结构参数确定得是否合理,直接关系到它的工艺性、切削效率、加工质量以及使用寿命等多方面的问题。

    结构的确定

  大直径套料刀采用莫氏5号锥柄,在普通钻床及车床均可应用;刀头采取可换式结构,这样在加工不同类型零件时只需更换刀头,减少了辅助加工时间,提高加工效率;套料刀齿数为4齿,两个对称切削刃宽度A、B不同,且轴向高度相差距离C,加工时对称两个高齿先接触工件,后接触两个齿加工其余部分,这样的刀齿结构就能便于分屑,减少了切削阻力;刀刃有2°倒锥,其余为圆柱形,增加了刀具切削时的稳定性;为使刀具具有良好的耐磨性和韧性,刃部淬火硬度为62~65HRC,其余部分35~40HRC。

    几何参数的确定

  大直径套料刀主要应用于汽轮机球面垫圈的大孔加工。经过大量的试验证明,对2Cr12NiMo1W1V材料套料的刀具前角γ0选用16°~18° 为宜。前角是影响刀具的锋利程度和刀体强度的主要因素,前角过小,切削抗力大,加剧刀具磨损,降低刀具使用寿命;前角太大,刀尖强度低,散热条件差,易产生磨损崩刃现象。主、副切削刃后角α0选用4°,这样既可保持刀具的加工尺寸精度和提高重磨次数,同时还能提高切削时的稳定性,使之不易产生崩刃。刀具螺旋角ω0则以12°~15°为宜。

    材料的选择

  由于刀具直径较大及被加工材料的特点,所以要求刀具具有较高的红硬性和韧性,一般高速钢(W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V)由于热处理后的性能较低,不宜采用,因此采用具有强度高、韧性好、刃口锋利等特性的高性能高速钢(W2Mo9Cr4VCo8)作为首选。

    切削用量的选择

  影响切削用量的因素很多,有工件材料、刀具材料、刀具结构和几何参数、加工工序以及具体的使用条件,如机床、装夹、切削液等众多因素。通过大量的切削试验,确定了转速n=80~100r/min,进给量f=0.20~0.30mm最佳。在加工时,刀具的冷却也十分关键,对加工质量、切削效率和刀具的使用寿命有着不可忽视的作用,所以加工时一定要使用冷却液并使刀具得到充分冷却。

    刀具的表面处理

  大直径套料刀选用的材料是M42高性能高速钢,材料成本和加工难度都很高,为提高刀具的强度,延长刀具使用寿命,可对刀具切削刃部分进行表面涂层处理。经试验分析表明,采用TiAlN、AlTiN等表面涂层处理效果最佳。经表面处理后的套料刀,耐用度可提高2~3倍。

    加工实例

  大直径套料刀在加工汽轮机超临界、超超临界机组的球面垫圈时取得了良好的加工效果。

  零件加工在普通C630车床上进行,对5种不同规格的产品球面垫圈进行加工。根据球面垫圈的规格不同选用的切削用量为转速n=60~90r/min,进给量f=0.15~0.25mm,冷却方式采用油基冷却液。每把大直径套料刀可加工球面垫圈100件以上,刀具后刀面磨损量仅为0.1mm~0.2mm,而且刀具磨损后可以反复修磨,极大的提高了加工效率并降低了工具成本。

    结束语

  在汽轮机制造行业,球面垫圈每年都有很大的需求量,且品种繁多。采用大直径套料刀进行粗加工,切削平稳、加工稳定,代替了钻、镗(扩)两道工序,较原加工工艺提高切削效率5倍以上、降低工具成本50%,刀具寿命提高3倍以上,节省原材料50%以上,且降低了工人的劳动强度。套出的原材料可以作为小尺寸规格的零件使用,从而提高了原材料的利用率,降低了原材料成本。此种大直径套料刀,可以在形状类似的零件上推广应用。

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