矿机零件大型异型螺纹加工刀具应用
2020-4-2 来源：宁夏共享精密加工有限公司 作者：柏长友 延杨伟
摘要：在矿机零件生产过程中，对大型异型螺纹加工表面粗糙度和平面度要求高，故针对大型异形螺纹车削时，应用不同刀具加工的优缺点进行分析，并提出相应的改进方法，旨在提升大型异型螺纹加工质量。
关键词：矿机零件 螺纹 刀具
1、机械基本组成
采用车铣复合加工中心， 在 φ2870mm×1050mm 外圆柱面上完成大螺距非标直角梯形螺纹加工，具体结构组成如如图 1 所示。螺纹牙形高 42.5mm，螺纹螺距 P 为75±0.025mm，斜边倾斜度≤ 45° ±0° 3′，传动表面平面度 0.013，表面光洁度 Ra 为 3.2。此螺纹尺寸要求高，加工难度大，刀具选择尤为重要。
图 1 立柱结构
2、切削加工过程中的难点：
首先工况较差，存在夹砂及缩孔缺陷，如图 2 所示。经焊接后硬度达到 350 ～ 400HB，在加工过程中刀具易崩刃。在精加工过程表面粗糙度差需反复加工去除高点，再抛光加工表面，加工效率低。螺纹对比牙形尺寸较大，标准刀具切削刃窄、切宽小，增加了走刀次数，致使加工周期较长。
图 2 夹砂与缩孔
3、切削难度解决对策
对加工过程中发现的缺陷，在加工过程中要及时按排钳工直接挖除缺陷、去除硬点，减少刀具反复撞击造成的磨损。同时，增加刀杆刚性、刀片耐磨度，保证牙形尺寸精度及表面光洁度，提高了加工效率。另外，还要适当增加切削刀具刃宽，根据现场实际加工情况调整切削参数。
4、具体实验过程
4.1 使用标准切槽刀进行螺纹车削
粗加工模式，铁屑成螺旋状，切削轻快，效果较理想；精加工模式，由于缺陷处理后焊接点硬度高，刀具崩刃严重，刀头刚性差，局部硬点存在让刀现象，粗糙度和平面度无法满足顾客要求。
4.2 选用顾客提供专用刀具进行加工
刀具基本信息：刀杆尺寸 50mm×50mm×160mm，刀片尺寸长 36mm×13mm×13mm，刀尖圆角 R 为 3mm。粗加工时，排屑较好，铁屑成螺旋状，由于刀具圆角大故切削力增大，当机床刀夹伸到螺纹底部时出现颤刀现象，刀刃出现微崩，刀片寿命缩短；精加工时，由于刀具刚性较好，硬点处让刀情况得到很好解决，平面度和粗糙度都有所提升，通过现场观察分析，此结构刀具由于整个切削刃参与切削，切削刃和工件接触面有颤刀纹，无法满足顾客要求。
4.3 选用仿形槽刀进行加工
刀具基本信息：刀杆尺寸 32mm×32mm×160mm，刀杆主偏角为 -7°，刀片宽 8mm，刀尖圆角 R 为 4mm。精加工时，粗糙度有所提升，达到 3.2 ～ 4.0，但刀杆刚性不足，导致硬点处让刀，平面度下降 0.08 ～ 0.12mm，仍无法满足顾客要求。
4.4 专用刀具设计开发
基本参数：刀杆直径 50mm×50mm×300 ｍｍ，刀片尺寸 42mm×9.5mm×18mm，刀尖圆角 R 为 3mm。精加工，粗糙度 Ra 为 3.0 ～ 3.2，平面度 0.02 ～ 0.03mm，满足顾客要求。该刀具特点为刀杆和刀片尺寸增大，提高刀具刚性；刀片材料选用超细颗粒硬质合金，PVD TiAIN 涂层，刀具耐磨性和耐冲击韧性明显提升；良好的刚性夹持设计防止了高进给中刀片松动。上述多项优点保证了加工表面光洁度较高，加工效率明显提升，刀具寿命有所延长。坚固的悬臂夹具产生三个方向的锁紧力，能抵消侧面推力和切向力。
5、各刀具切削参数对比总结
各种方案效果如图１所示，各项参数对比情况如表１所示。
表 1 不同方案参数对比表
通过表 1 可知，方案 1 所示标准刀具具有效率高，耐用度好，成本低的特点。但采用精加工时，无法满足交货质量要求；方案 2 作为粗加工时，效率较低，作为精加工时，同样无法满足顾客要求；方案 3、方案 4 只能作为精加工，但案 3 在精加工时仍然无法满足顾客要求。
图 3 不同方案实施效果
最终选择使用方案 1 所示标准刀具作为粗加工刀具，选择方案 4 所示新开发专用刀具作为精加工刀具。既提高了大型异型螺纹件加工效率，也提高了大型异型螺纹件加工质量。
6、结语
目前在大型矿机类产品中，研发出的专用刀具使用效果较好，但铸件工况差时仍然会导致刀具出现耐用度差等问题，需要相关设计人员不断调整刀片材质。随着工业化发展，铸件外径逐渐增大，工件材质变化，对刀片材质、涂层、耐用度提出新的要求，这也要求相关研究人员不断创新。
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