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壓縮機(jī)制造中的切削刀具的改進(jìn)和設(shè)計(jì)
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http://www.mamogu.com 發(fā)稿日期:2008-2-23
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壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍非常廣闊,包括石化、冶金、紡織、航空航天等領(lǐng)域。一臺(tái)壓縮機(jī)往往由成百上千個(gè)零部件組成,制造工藝復(fù)雜,技術(shù)要求高。為能滿足各種零件的生產(chǎn)需要,刀具以及工裝夾具的合理配備是非常重要的,要在生產(chǎn)中滿足好、快、省的要求,就必須對(duì)一些刀具以及工裝進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)。下面列舉三個(gè)例子:
銑削離合器法蘭刀具及工裝改進(jìn)
單向作用螺旋齒離合器的形狀為螺旋端面齒結(jié)構(gòu),如圖1,其作用是當(dāng)傳遞的扭距超過(guò)一定數(shù)值時(shí)即能自行脫開(kāi),所以亦稱安全離合器。在銑床上最常用的加工方法為分度頭掛輪法,按導(dǎo)程計(jì)算掛輪(導(dǎo)程為16),在分度頭與工作臺(tái)之間配置適當(dāng)?shù)膾燧唽?shí)現(xiàn)工件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)和勻速直線運(yùn)動(dòng),從而加工出阿基米德曲線型面;但是其缺點(diǎn)在于,要配換三組掛輪及一個(gè)中間輪來(lái)實(shí)現(xiàn),而且主動(dòng)輪與被動(dòng)輪的位置不能顛倒,在操作過(guò)程中十分繁瑣。刀具選用Ф8~Ф10立銑刀,對(duì)刀時(shí)需把銑刀切削刃與工件軸心相切,操作時(shí)刀具降到要求深度后,分度手柄插入分度板孔內(nèi),搖動(dòng)分度手柄20圈,在分度頭旋轉(zhuǎn)的同時(shí),工作臺(tái)作縱向進(jìn)給,使工件作復(fù)合運(yùn)動(dòng),得到螺旋槽;抬高刀具,反向轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭手柄20圈,拔出插銷(xiāo),繼續(xù)搖動(dòng)分度手柄20圈,插入插銷(xiāo),并重復(fù)上述步驟加工另一螺旋槽。
上述加工方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且不能一次加工符合圖紙要求,在齒根處留有刀具半徑。需手工修銼齒根部位使其保持R0.5,效率低,精度要求也得不到保證。
對(duì)此現(xiàn)象,筆者一直考慮能否一次完成加工并達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析,并運(yùn)用CAD輔助設(shè)計(jì),決定對(duì)原用刀具和工裝進(jìn)行徹底改進(jìn)。工裝由筆者和經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅協(xié)同作戰(zhàn),僅用兩天時(shí)間便設(shè)計(jì)出來(lái),并繪圖交由相關(guān)部門(mén)負(fù)責(zé)加工。刀具幾何角度、形狀經(jīng)過(guò)理論計(jì)算,也已初具雛形,接下來(lái)的問(wèn)題是如何把刀具加工出來(lái)。為此我廠特地進(jìn)行招標(biāo),兩家具有資質(zhì)的刀具制造企業(yè)參與投標(biāo)。其中,一家提出需一次性訂貨200支,且單價(jià)在200元左右,一批刀具合計(jì)約4萬(wàn)元,該廠家還拒絕小量定做試刀;另一家則直接了當(dāng)?shù)乇硎究啥ㄗ鲆恢,但單價(jià)必須是2000元,且交貨周期較長(zhǎng)。
經(jīng)過(guò)仔細(xì)考慮,我們最終決定自己動(dòng)手承擔(dān)刀具改制任務(wù)。利用車(chē)間現(xiàn)有的萬(wàn)能工具磨床進(jìn)行加工,采用國(guó)產(chǎn)高速鋼Ф22錐柄大螺旋立銑刀進(jìn)行改制,首先刃磨銑刀前端,磨成倒錐度,單邊斜8°狀。然后修磨前角,增大容屑槽空間(針對(duì)容屑槽形狀以及加工特性,特地與某日本品牌刀具作比較,發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其切削效果,具體在第二部分直柄立銑刀作簡(jiǎn)單介紹),避免在加大走刀量快速銑削時(shí)出現(xiàn)切屑堆積現(xiàn)象。最后一道工序就是修磨后角,后角太小則無(wú)法切動(dòng)工件,太大則又容易使刀具刃口折斷。因此針對(duì)此刀的加工場(chǎng)合,后角選擇8°,如圖2所示。經(jīng)過(guò)對(duì)調(diào)質(zhì)45#鋼,直線試切削效果非常理想,滿刀一次切深10mm時(shí)非常平穩(wěn)。
在此順便簡(jiǎn)單介紹一下工裝的結(jié)構(gòu)原理,如圖3所示,其主要部件為絲桿、右旋斜齒圓柱齒輪、插銷(xiāo)、底架等等組成,回轉(zhuǎn)一周導(dǎo)程為16。
其工作原理是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪并帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng),使斜齒圓柱齒輪作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(按照斜齒輪受力分析,逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),軸向力F向上),轉(zhuǎn)動(dòng)一周的同時(shí)上升一個(gè)導(dǎo)程,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便實(shí)用。
刀具安裝于銑床主軸后,立銑頭順時(shí)針扳轉(zhuǎn)7.5°,工裝水平裝夾在銑床工作臺(tái)上,零件裝于其上。
試加工后得到的效果令人震撼,整個(gè)螺旋法蘭面加工完成只用了5分鐘,效率比原先提高5倍,刀具耐用度是原先2倍,達(dá)到每加工200只修磨一次刃口,單把刀具重復(fù)利用率達(dá)到10次;且零件各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)完全符合圖紙要求。在這之前,螺旋法蘭面也曾嘗試在三軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心用球頭銑刀加工(立銑刀加工螺旋面有干涉),不僅加工時(shí)間較長(zhǎng),而且在齒根處留有刀具球頭半徑,需經(jīng)二次加工。當(dāng)然,此刀具在四軸以上加工中心加工離合器法蘭同樣可以達(dá)到預(yù)期效果。
直柄立銑刀改進(jìn)
填料小室的材料采用2Cr13優(yōu)質(zhì)不銹鋼,在端面有寬12mm、深20mm、直徑200mm的環(huán)形槽,見(jiàn)圖4。最初使用國(guó)產(chǎn)Ф12高速鋼直柄立銑刀加工,一次切深5mm,加工不到5分鐘切屑便粘附在銑刀刀齒上,使切削條件惡化,銑刀崩刃,加工中換刀頻繁,效率很低,加工一個(gè)環(huán)形槽需要150分鐘。后又改用日本三菱硬質(zhì)合金銑刀,雖然使用上各方面性能優(yōu)于前者,但還是存在切屑堆積在容屑槽內(nèi)的問(wèn)題,在加工中心上自動(dòng)加工時(shí),出現(xiàn)崩刃、甚至刀具折斷。由于每把刀具的費(fèi)用在1000元左右,加工成本極高,給企業(yè)帶來(lái)極大浪費(fèi),一時(shí)間又很難找到合適的刀具來(lái)替代。
筆者對(duì)上述刀具進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生鐵屑擁堵排屑不暢的原因是容屑槽較小。那么,能否在原有基礎(chǔ)上加寬容屑槽寬度及形狀?如果按照上述想法改變刀具容屑槽寬度以及一些角度問(wèn)題能夠迎刃而解的話,那此方法是值得一試的。筆者隨即投入工作,調(diào)整工具磨床,刃磨容屑槽,在原有基礎(chǔ)上加寬10%,并且使槽的圓弧盡量圓滑,更加有利排屑。銑刀的工作前角增加到25°左右,使銑削更加輕快,但取值不宜過(guò)大,以免削弱刀齒強(qiáng)度。
經(jīng)過(guò)對(duì)工件切深10mm切削試驗(yàn),切削非常平穩(wěn),整個(gè)加工過(guò)程沒(méi)有切屑粘附在銑刀刀齒上,加工用時(shí)20分鐘。但是工件的要求深度是20mm,按常規(guī)加工,深度一般不超過(guò)銑刀直徑一半,能否一次直接加工到所需深度呢?國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的12mm銑刀大多刃長(zhǎng)在25mm左右,能否承受滿刀銑削,又將是一次考驗(yàn)。加工時(shí)用10#切削油進(jìn)行高壓冷卻,銑削深度達(dá)到20mm,一次加工并達(dá)到預(yù)期效果,且用時(shí)不到50分鐘,使加工速度在原基礎(chǔ)上提高一倍,經(jīng)過(guò)二次改進(jìn)的銑刀,無(wú)論在切削條件方面,還是進(jìn)刀深度上都優(yōu)于進(jìn)口刀具。刀具費(fèi)用僅為15元,是進(jìn)口刀具的1/30(保守估計(jì),進(jìn)口刀具一般500~1000元左右),而且節(jié)省了換刀輔助時(shí)間,加工綜合效益顯著。與進(jìn)口刀具相比,國(guó)產(chǎn)刀具在材料上不存在太大問(wèn)題,只要在幾何角度以及磨削上下一些工夫,完全可與進(jìn)口刀具媲美,甚至超過(guò)進(jìn)口刀具。采用普通刀具經(jīng)過(guò)二次改進(jìn)代替進(jìn)口刀具,加工速度較進(jìn)口刀具提高了近一倍,年節(jié)約工具費(fèi)用達(dá)十多萬(wàn)元。
普通高速鋼鍵槽銑刀的改進(jìn)
鍵槽加工在金屬加工中是極為簡(jiǎn)單的,但是銑刀直徑越大,向下鉆削的阻力就越大。為此,筆者按照群鉆的原理刃磨銑刀端部切削刃,兩個(gè)刃口磨成若干交替的鋸齒狀分屑槽(如圖5所示),并在加工中心上進(jìn)行垂直鉆削加工盲孔,效果很理想,在原先的兩個(gè)切削刃上無(wú)形中多出了若干個(gè)輔助切削刃,較大地減小刀具和工件的摩擦系數(shù)及切削阻力,鐵屑形狀由先前的片狀轉(zhuǎn)變?yōu)閹顢嘈,在相同的轉(zhuǎn)速條件下,走刀量是原先的3倍。
目前,國(guó)產(chǎn)刀具的性能已越來(lái)越接近進(jìn)口刀具,有的國(guó)產(chǎn)刀具性價(jià)比甚至還優(yōu)于進(jìn)口刀具。我廠通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)刀具的大量使用,生產(chǎn)成本大幅下降。為了適應(yīng)新時(shí)代需要,就必須發(fā)展先進(jìn)的制造技術(shù),以先進(jìn)的制造技術(shù)推動(dòng)科技創(chuàng)新,提高企業(yè)的整體設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品研發(fā)能力,降低研發(fā)成本,提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和我國(guó)的制造技術(shù)水平。
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