171/172數(shù)控切斷機(jī)床刀具的國(guó)產(chǎn)化研制

發(fā)布日期：2012-08-29 蘭生客服中心瀏覽：2634

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1 引言

天津鋼管公司是我國(guó)石油套管及接箍無(wú)縫鋼管的主要生產(chǎn)企業(yè)。公司八十年代末從美國(guó)PMC公司引進(jìn)兩臺(tái)用于切斷加工無(wú)縫鋼管的數(shù)控專(zhuān)用機(jī)床(簡(jiǎn)稱(chēng)171/172切斷機(jī)床)。該機(jī)床采用主軸帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)(即刀具旋轉(zhuǎn))、工件靜止不動(dòng)的加工方式，可避免采用工件旋轉(zhuǎn)加工方式的普通切斷機(jī)床加工時(shí)因管子不圓、壁厚不均等因素造成的振動(dòng)，從而可減少因振動(dòng)引起的打刀及對(duì)機(jī)床主軸的損壞。此外，由于加工時(shí)管子處于靜止?fàn)顟B(tài)，減少了裝夾、調(diào)整、對(duì)刀等工序，從而大大提高了生產(chǎn)效率，保證了加工連續(xù)性，降低了生產(chǎn)成本。

圖1 切斷刀具安裝示意圖

圖2 切斷刀具結(jié)構(gòu)圖

171/172切斷機(jī)床的刀盤(pán)上均布安裝了4把切斷刀(見(jiàn)圖1)。機(jī)床工作時(shí)，主軸帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，在輸入計(jì)算機(jī)的加工指令控制下，4把切斷刀同步進(jìn)刀及退刀，一次完成切斷加工。由于4把切斷刀同時(shí)參與切削，即每把刀只承擔(dān)總切削量的1/4，因此刀具加工余量小、切削負(fù)載輕、使用壽命長(zhǎng)。

171/172切斷機(jī)床用刀具對(duì)相關(guān)的刀片、刀體及其附件的精度和互換性要求較高。由于采用定尺寸硬質(zhì)合金刀片，加工時(shí)可實(shí)現(xiàn)刀片的快速更換；刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也考慮了在一定范圍內(nèi)的尺寸可調(diào)性，因此一種規(guī)格的刀桿可適用于多種規(guī)格管子(4½”～10¾”)的加工，實(shí)現(xiàn)了一刀多用。由于該切斷刀具專(zhuān)用性較強(qiáng)，尺寸精度要求嚴(yán)格(平行度、垂直度、平面度誤差均在0.005～0.010mm 范圍內(nèi))，對(duì)硬度、耐磨性等性能指標(biāo)的要求也很高，因此該機(jī)床投產(chǎn)以來(lái)，刀具一直依賴(lài)進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴，耗費(fèi)大量外匯，而且供貨周期長(zhǎng)，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要。為此，從1994 年開(kāi)始我們對(duì)切斷機(jī)床用刀具進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化研制，并取得了成功。

2 切斷刀具結(jié)構(gòu)及工作條件

刀具結(jié)構(gòu)及尺寸調(diào)整

切斷刀具的結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于171/172切斷機(jī)床的加工尺寸范圍較大(4½”～10¾”)，而所用刀具僅有3 種規(guī)格，因此刀具中設(shè)計(jì)了尺寸調(diào)整機(jī)構(gòu)，尺寸的調(diào)整通過(guò)調(diào)整螺釘TA-2938 來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整步驟如下：將刀片置于下刀夾TB-4121 上，通過(guò)緊固螺釘3 壓緊上壓板TA-2872，使刀片在下刀夾上夾緊。然后在刀具預(yù)調(diào)室內(nèi)將刀具置于圖3 所示的刀具調(diào)整規(guī)TE-2665 內(nèi)并固定好，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄TB-2468，可將調(diào)整螺釘TA-2938 調(diào)整到所需尺寸，然后緊固螺釘4(見(jiàn)圖2)，壓緊半螺母壓板TA-3058-A，使調(diào)整螺釘TA-2938 固定，即完成了加工尺寸的調(diào)定。將調(diào)定尺寸的4 把切斷刀安裝在切斷機(jī)床的刀盤(pán)上，即可進(jìn)行切斷加工。
刀具工作條件

工作溫度：常溫；切削速度：200～600ft./min(61～183m/min)；主軸轉(zhuǎn)速(可調(diào))：100(400)r/min；冷卻液：乳化油；加工時(shí)，刀具在刀盤(pán)槽內(nèi)作徑向運(yùn)動(dòng)。

3 刀具材料選擇

從進(jìn)口刀片的使用情況分析，刀片材料為YT系列硬質(zhì)合金。由刀體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)(刀體厚度為22.6mm，長(zhǎng)度為247.25mm，上有6個(gè)挖空的槽)可知，如刀具材料選擇不當(dāng)，熱處理時(shí)極易變形，很難達(dá)到0.01mm 的平面度設(shè)計(jì)要求。根據(jù)哈爾濱第一工具廠加工類(lèi)似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)，最終選定刀具材料為42GrMo。

4 刀具設(shè)計(jì)及制造工藝

刀具設(shè)計(jì)

圖3 刀具調(diào)整規(guī)

圖4 刀具設(shè)計(jì)圖

進(jìn)行刀具設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)刀具樣品進(jìn)行測(cè)繪，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝、使用情況進(jìn)行調(diào)查分析，最后確定設(shè)計(jì)方案。171/172切斷機(jī)床用切斷刀具由刀片、上下壓板、可調(diào)整螺栓、半螺母壓板、螺釘及刀具主體組成。刀具設(shè)計(jì)圖(以4½”～10¾”切斷刀具為例)如圖4所示。
制造工藝

由于切斷刀具精度高、外形復(fù)雜，凹槽較多，易產(chǎn)生加工變形。因此，在制訂加工工藝時(shí)，采取以銑削、磨削為主，每道工序檢查的方法來(lái)確保刀具加工精度。切斷刀具的加工工藝流程為：鍛→銑、磨外形→粗銑多槽→調(diào)質(zhì)處理→鉆孔、攻絲→半精銑多槽→精銑各槽到尺寸→半精磨外形→表面滲氮處理→液體噴砂→精磨到尺寸→成品檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。

5 刀具熱處理工藝

根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)的特殊性及使用要求，對(duì)刀具進(jìn)行熱處理時(shí)需先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度28～32HRC。待半精加工完成后，再進(jìn)行表面滲氮處理，滲氮層厚度0.4～0.6mm，硬度600～750HV。熱處理后應(yīng)保證刀具不變形，達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。

6 結(jié)語(yǔ)

5年多的裝機(jī)使用證明，171/172數(shù)控切斷機(jī)床用國(guó)產(chǎn)化切斷刀具的尺寸精度、表面硬度、耐磨性、耐用度等性能指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，并在生產(chǎn)中完全替代了進(jìn)口刀具。與進(jìn)口刀具相比，國(guó)產(chǎn)刀具在供貨周期、采購(gòu)價(jià)格等方面均有較大優(yōu)勢(shì)(見(jiàn)表1)。切斷刀具國(guó)產(chǎn)化的成功保證了天津鋼管公司的生產(chǎn)需要，縮短了刀具供貨周期，降低了加工成本，為公司節(jié)省了大量外匯。