申帥 符代橋 李利

中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，中國(guó)·山西 大同 037036

由于目前離心率同軸度無法保證生產(chǎn)的需要，需要設(shè)計(jì)新的加工刀具，進(jìn)行組合加工從而保證離心濾下轉(zhuǎn)子同軸度的要求，設(shè)計(jì)的刀具在結(jié)構(gòu)、性能、使用功能上都能滿足加工的要求。論文從合理性和創(chuàng)新性方面進(jìn)行研究，從而設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際生產(chǎn)的刀具。

同軸度；結(jié)構(gòu)；性能；刀具；生產(chǎn)

1 引言

車刀按制造形式分為機(jī)械夾緊式和焊接式。焊接式刀具由于制造工藝簡(jiǎn)單、刃磨方便、性能可靠和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，仍然廣泛應(yīng)用各加工企業(yè)中。市場(chǎng)上所能購(gòu)買到的焊接式或機(jī)夾式車削刀具一般具有一定的通用性和普遍性，在加工某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)離心濾下轉(zhuǎn)子體時(shí)，由于零件的特殊性，現(xiàn)有的加工方式無法保證離心濾體的同軸度，因此需要設(shè)計(jì)新的刀具對(duì)其進(jìn)行加工以滿足成品的設(shè)計(jì)要求。

2 刀具的基本結(jié)構(gòu)

2.1 刀具材料的選擇性

在機(jī)械加工過程中，直接參與并完成工作的是刀具的切削部分。生產(chǎn)效率和刀具使用壽命的高低、刀具損耗量和加工成本的多少、加工精度和表面質(zhì)量的優(yōu)劣等方面的問題，在很大程度上取決于刀具材料的選擇。各種不同物理性能和切削性能的刀具材料，都具有各自適合的切削范圍。全面了解各種刀具材料的機(jī)械性能，并根據(jù)不同加工條件正確選擇刀具材料，是設(shè)計(jì)、制造和使用金屬切削刀具的一項(xiàng)重要的任務(wù)[1]。

2.2 離心濾下轉(zhuǎn)子體的結(jié)構(gòu)組成

離心濾下轉(zhuǎn)子體主要由1上軸承、2離心濾體和3下軸承三部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 需要加工的下轉(zhuǎn)子體的尺寸

上軸承φ12H7（+0.0180）的內(nèi)孔和下軸承φ15H7(+0.0180)，由于加工精度要求高，而且同軸度要保證0.02，現(xiàn)有的加工方式是用車床裝卡大端，加工上軸承，然后用專門設(shè)計(jì)的工裝加工下軸承，由于首次裝卡的是大端，往往出現(xiàn)加工變形的現(xiàn)象，二次裝卡也會(huì)出現(xiàn)同軸度超差的現(xiàn)象，最后導(dǎo)致同軸度往往在0.08以上，達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。

2.3 離心濾下轉(zhuǎn)子體的加工工藝路線

領(lǐng)取零件裝配→粗車上軸承余量0.5→掉頭粗車下軸承余量0.5→精車上下軸承內(nèi)孔粗糙0.8→銑左右兩個(gè)平面保證長(zhǎng)度105.5±0.5。

此工藝需要在粗車完上軸承時(shí)候，要掉頭進(jìn)行二次裝卡定位，兩次裝卡容易導(dǎo)致定位的偏差，導(dǎo)致上下軸承不在同一軸線上，并且在加工上軸承時(shí)，用三爪卡定位大端，三爪卡的爪力比較大，容易導(dǎo)致下轉(zhuǎn)子體大端受到壓力后產(chǎn)生變形，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)過測(cè)量在進(jìn)行二次裝卡時(shí)，導(dǎo)致加工的同軸大于0.07，超過要求的0.02。

3 新刀具的設(shè)計(jì)

3.1 新刀具的設(shè)計(jì)圖

新設(shè)計(jì)的加工方式是利用新刀具進(jìn)行一次轉(zhuǎn)卡加工，從而達(dá)到同軸度0.02的要求，新設(shè)計(jì)的刀具如圖2所示。

圖2 刀具的二維圖（1.YW1 合金刀頭；2.刀桿；3.彈性刀套）

圖3 刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 刀頭的結(jié)構(gòu)和作用

如圖3所示，從刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖可知，前刀頭垂直方向偏置8°有利于排削和控制切削流向，采用66°的刀尖角，徑向抗力較小，車削輕快順利，刀具無振動(dòng)。

采用刀片材料為YWl 屬于鎢鈦鉭(鈮)鈷類硬質(zhì)合金，在鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金中增加TaC，提高了硬質(zhì)合金的強(qiáng)度、韌性、耐熱性及抗氧化能力。YW1硬質(zhì)合金是通用硬質(zhì)合金，既可以加工鋼材又可以加工鑄鐵，加工范圍比較廣。在改用YW1硬質(zhì)合金，應(yīng)用在粗車中，比YTl5 具有更好的抗斷續(xù)沖擊的能力，同時(shí)刀具的耐磨性也得到了提高，在車刀刀片的耐用度提高的同時(shí)，由于刀片為可轉(zhuǎn)位不重磨，減少了磨刀裝刀的輔助時(shí)間，當(dāng)一刀刃磨損到不能加工后，可立即將刀片轉(zhuǎn)位更換另一個(gè)刀刃繼續(xù)進(jìn)行加工，節(jié)約停機(jī)磨刀和裝刀的時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。刀尖磨有R0.2mm 圓弧過渡刃，增加了刀尖強(qiáng)度并具有修光作用。刀具焊后要在2000℃保溫爐內(nèi)保溫4～6h并隨爐冷卻，以消除應(yīng)力和提高刀具的耐用度[2]。

3.3 刀桿的作用和結(jié)構(gòu)

刀桿的長(zhǎng)度為130，直徑為φ10，該刀桿使用全碳化鎢材質(zhì)制成，剛性優(yōu)異、吸震性能佳，這種刀桿在鍛造后進(jìn)行正火處理，粗加工后需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度達(dá)到HRC28～33，最后加工成強(qiáng)度高抗震力好的刀桿。刀桿與彈性刀套為分體式結(jié)構(gòu)，使用時(shí)刀桿插裝在彈性刀套內(nèi)孔里，由車床刀架上的固緊螺栓壓在彈性刀套上，由于彈性槽的作用使彈性刀套作彈性變形，將刀桿緊固。

3.4 改進(jìn)后離心濾下轉(zhuǎn)子體的加工工藝路線

領(lǐng)取零件裝配→一次裝卡粗加工余量0.5→精加工上下軸承→銑端面保證尺寸105.5±0.5。

因?yàn)樾略O(shè)計(jì)的特殊性，只要用設(shè)計(jì)好的工裝進(jìn)行一次裝卡就能同時(shí)對(duì)裝配后的上、下軸承進(jìn)行組合加工，彈性軸套又能保證刀具的伸縮，加工后測(cè)量離心率下轉(zhuǎn)子體的同軸度達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求0.02，同時(shí)可以加工整體長(zhǎng)度長(zhǎng)度也在105.5±0.5的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，而且加工簡(jiǎn)單，效率高。

4 新刀具材料的選擇

4.1 彈性刀槽的選擇

彈性刀套是該刀具的承載主體，熱處理硬度30～40HRC，在其一側(cè)加工一彈性長(zhǎng)槽。彈性刀套的作用是：由原來刀架固定螺栓直接對(duì)刀體點(diǎn)接觸的緊固方式轉(zhuǎn)換為對(duì)刀桿面接觸的緊固，刀桿在刀套內(nèi)有了力的緩沖和過渡作用，有效避免了刀具振動(dòng)，緊固可靠。

4.2 切削用量的選擇

由于材料太硬.在剛開始加工時(shí)，因切削用量的選用不合理，造成工件振動(dòng)很大，聲音很響，刀片也很容易崩裂，后來經(jīng)過多次的更改，終于總結(jié)出了以下合理的切削用量，從而保證了加工效果和進(jìn)度。

（1）內(nèi)孔粗車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為105～180r/min，吃刀深度為0.4mm，進(jìn)給速度為0.16mm/r，留下精車余量0.15～0.3mm。

（2）內(nèi)孔精車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為180r/min.進(jìn)給速度為0.18mm/r，采用一次走刀加工完成[3]。

5 新刀具的使用

刀具的使用也是非常重要的一環(huán)，首先要對(duì)操作工人進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)培訓(xùn)，更重要的是使用方面的培訓(xùn)，特別是安裝的條件和如何安裝。刀柄刀具安裝，需要用清潔工具清潔，手盡量不要碰刀具的連接部分，要保證機(jī)床主軸跳動(dòng)在0.005mm～0.010mm 等。但實(shí)際批量生產(chǎn)時(shí)工人卻忽略這一步，影響了刀具壽命。另外，在進(jìn)行軸承孔加工時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)工人在刀具安裝時(shí)移位，這就導(dǎo)致了刀具非正常消耗。所以在實(shí)際操作中這些情況都要盡量避免。另外在加工時(shí)，要選擇正確的對(duì)刀儀，這樣能對(duì)刀具的安裝進(jìn)行調(diào)整，避免刀具不必要的損耗，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

6 結(jié)語

綜上所述，在鋁合金的切削過程中，刀具材料、刀具的幾何參數(shù)、切削液以及加工應(yīng)力的消除尤為重要，只有綜合考慮這些因素，才能高效率地生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。