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天津硬质合金刀具联轴螺栓中心孔加工工艺

发表于:2019/6/27 16:57:00 来源:http://www.hedaotech.com/news93925.html

联轴螺栓是水轮发电机转动系统中关键的联接和传动部件,对机组运行的稳定性有着至关重要的作用。为保证其在机组运行时具有良好的受力状态,安装时需要对其进行拉伸,基于这一原因,在其机体的中心部位设计有一轴向的贯通孔,用来测量拉伸时的伸长值。此中心孔的制造质量会直接影响到联轴螺栓的强度和伸长值测量的准确性,进而影响机组运行的稳定性。采取合理的加工工艺保证其加工质量,对机组运行的稳定性具有十分重要的意义。

1.加工难点

联轴螺栓结构如图1所示。



联轴螺栓中心孔在加工时主要有以下两个方面的难点:

(1)为了保证联轴螺栓具有良好的机械性能,其材质合金含量较高且粗加工后需进行调质处理,处理后的材料硬度和强度非常高,可达40HRC左右,这就使得在加工中心孔时,加工刀具易磨损,一旦刀具出现较为严重的磨损后,孔径尺寸和表面粗糙度很难保证。

(2)此中心孔的孔径多为Φ20mm左右,但是长度尺寸却非常大,多在800~1 000mm,长可达1 200mm,长径比均在40倍以上,属于超深孔的加工范畴,制造时对加工刀具的刚性、耐磨性和排屑性能等要求高,一旦加工刀具和加工方法使用不当,加工后易出现斜孔、锥孔等情况,严重时会使刀具折断在孔内而无法取出。

2.加工工艺方法

(1)使用麻花钻加工。受机械加工技术水平的限制,以往加工此类孔多使用的是高速钢麻花钻,在使用这种加工刀具时,为解决上述加工难题,并尽可能的保障孔的加工质量,需要对加工刀具和加工工艺过程做特殊的安排。

(2)解决加工材料硬度过高难题。为了解决加工材料硬度过高的难题,首先需要对标准的麻花钻进行一定的刃磨处理,具体为:加大麻花钻的顶角,将原有的118°顶角磨到130°,这样一方面使得加工时可产生较厚且窄的切屑,更有利于排出,另一方面可以有效地减小钻头与孔壁的摩擦,防止加工时钻头卡住甚至折断。

合理选取钻头的后角,由于所加工材料的强度较高,因此钻头的后角不宜过大,一般在7°左右即可,这样可以有效地保证切削刃的强度,防止加工时崩刃现象的产生。其次需要合理的选择切削参数,由于所加工材料的强度较高,因此加工时切削速度和进给量均不宜选取过大,根据实际的加工经验,切削速度一般不超过10m/min,进给量一般不超过9mm/min。

(3)解决刀具刚性及排屑难题。由于所加工孔的深度很大,为了保证刀具能具有较高刚性,这就需要加工时尽可能的减小刀具的悬伸,具体可采用如下的方式:根据所要加工孔的深度,选择几种不同长度的刀具配合使用,以加工1 000mm深度的孔为例,可以选择300mm、500mm、800mm、1 000mm四种规格的钻头进行配合使用,先使用较短的钻头进行加工,待加工到刀具的有效深度后,更换为较长一级的钻头继续加工即可;为了解决加工过程中的排屑难题,常使用往复钻削的加工方式,即每次钻30~50mm深度时将钻头退出孔内一次,待清理铁屑后再次进行加工。

(4)使用焊接深孔钻加工。焊接深孔钻是为目前应用较多的一种深孔加工刀具,加工主体部位的具体形式如图2所示。



由于这种刀具是专门为加工深孔而研制的,因此在加工时,其与麻花钻相比有较大的优势,可以更好的解决深孔加工中的各类难题。首先,与麻花钻的外部冷却不同,此种刀具具有内冷功能,加工时带有一定压力的冷却液由刀具的前端打出,可以达到更好的冷却和排屑效果,因此加工时不需要使用麻花钻那样往复加工的工艺方法;其次,此种刀具的切削部位为硬质合金材质,与麻花钻相比具有更高的硬度,在加工高硬度、高强度的材料时刀具的耐磨性更好,刀具寿命更长,更容易保障孔的加工质量。

(5)使用焊接深孔钻加工工艺过程安排。应用焊接深孔钻加工时,在刀具长度的选取、刀具角度的选取等方面与麻花钻基本相同,但是由于这种刀具没有自定心功能,因此除了使用与麻花钻相同的加工工艺外,还需要增加一个钻引导孔的工艺过程,具体为:在应用焊接深孔钻加工前,首先使用比其径向尺寸小5mm左右的麻花钻钻一个深度在30mm左右的孔,之后利用立铣刀进行扩孔,将孔径尺寸扩至焊接深孔钻的直径尺寸,再使用焊接深孔钻进行加工。

3.刀具存在的缺点

(1)在影响加工质量方面:由于刀具自身不具备断屑功能,主要依靠铁屑自然卷曲而断屑,因此加工时产生的热量很大,使得刀具磨损很快,刀具磨损后孔的尺寸精度和表面粗糙度急剧变差,加工深度越大,这一问题越发明显;同时由于其产生的铁屑较宽,排屑也不是十分顺畅,容易造成铁屑刮伤已加工表面的现象。

(2)在影响加工效率方面:这种刀具的切削刃是通过手工刃磨而成,切削刃很长且刃磨的质量很难保证,使得加工时切削抗力很大,因此实际使用时虽然切削效率高于麻花钻,但是使用的切削用量还是很小,生产效率较低,无法充分发挥出硬质合金刀具高速、快进给切削的优势。

(3)在影响生产成本方面:由于其加工部位为焊接硬质合金头的形式,使用过程中需要经常刃磨,达到一定的刃磨次数时整根钻头即报废,加工成本高,经济性能差。这一情况在加工联轴螺栓等硬度较高的材质时尤为明显,在实际使用过程中经常出现钻1~2个孔时就需要刃磨一次,一根钻头刃磨5~6次就报废了,往往加工一台机的联轴螺栓需要使用多支钻头。

4.使用可转位深孔钻加工

  可转位深孔钻切削主体部位基本形式如图3所示。


可转位深孔钻是针对焊接深孔钻的缺点及加工中存在的问题,在其基础上开发出的一种新型的深孔加工刀具,应用其进行加工时,加工方法与焊接深孔钻基本相同,这里不再赘述。下面主要介绍其加工性能与焊接深孔钻相比存在的优势,具体如下:

(1)这种刀具刀片自身带有分屑槽和断屑槽并具有较大的前角,在加工时可以更好的将铁屑分开并折断并排出,一方面可以有效的减小切削抗力,从而应用较大的切削用量,提高加工效率,另一方面可以有效的减小切屑对刀具切削刃的磨损,保证在整个深孔加工过程中刀具均能具有锋利的切削刃,从而保证孔径尺寸的一致性,避免锥孔的出现。

(2)在刀片背部的刀体上安装有两个导向块,其安装后的尺寸比刀具的理论尺寸大0.01~0.02mm,此导向块即可以在钻孔的过程中起到很好的定位作用,保证钻孔的直线度,又可以对已加工的部位进行挤压修光,提高所加工孔的表面粗糙度。

(3)其加工头部采用的为可转位刀片的形式,使用的为三角形刀片,具有三个切削刃,可转位3次,在三个切削刃全部磨损后只需要更换刀片即可,刀具整体在不损坏的情况下可以继续使用,这样与焊接深孔钻相比就可以很大的节约刀具成本。

(4)刀片采用涂层技术,耐磨性和抗崩刃性更高;同时其可加工材质范围更宽,如碳钢、合金钢、各种不锈钢、铸铁、高温合金和铝合金等,可应用范围更广。

5.三种加工工艺数据对比分析

理论上应用三种加工刀具都可以加工出所要的孔,但是在实际使用过程中,应用不同的刀具时,无论是孔的加工质量还是加工效率均会有较大差别,下面以加工Φ20mm联轴螺栓中心孔的实际情况为例,将三种刀具的加工情况进行对比分析。加工质量对比如表1所示,加工效率对比如表2所示。 




由上述对比可以看出,无论是在加工质量还在加工效率上,麻花钻的性能都是差的,而可转位深孔钻是加工深孔时的选择。

6.结语

针对水轮发电机联轴螺栓中心孔这类超深孔的加工难点,提出了三种不同的加工工艺方案,并对其进行了详细的介绍,分析各种不同方案的优缺点,进而得出优的加工方案。三种加工方案在制造业发展的不同时期均有广泛的应用,解决了很多深孔的加工难题,具有很强的实用性和借鉴意义。


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