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礦機零件大型異型螺紋加工刀具應用
2020-4-2  來源:寧夏共享精密加工有限公司   作者:柏長友 延楊偉


 
  
     摘要:在礦機零件生產過程中,對大型異型螺紋加工表面粗糙度和平面度要求高,故針對大型異形螺紋車削時,應用不同刀具加工的優缺點進行分析,并提出相應的改進方法,旨在提升大型異型螺紋加工質量。
  
     關鍵詞:礦機零件   螺紋   刀具
  
     1、機械基本組成
  
     采用車銑復合加工中心, 在 φ2870mm×1050mm 外圓柱面上完成大螺距非標直角梯形螺紋加工,具體結構組成如如圖 1 所示。螺紋牙形高 42.5mm,螺紋螺距 P 為75±0.025mm,斜邊傾斜度≤ 45° ±0° 3′,傳動表面平面度 0.013,表面光潔度 Ra 為 3.2。此螺紋尺寸要求高,加工難度大,刀具選擇尤為重要。
  
  
   
圖 1 立柱結構
  
     2、切削加工過程中的難點:
  
     首先工況較差,存在夾砂及縮孔缺陷,如圖 2 所示。經焊接后硬度達到 350 ~ 400HB,在加工過程中刀具易崩刃。在精加工過程表面粗糙度差需反復加工去除高點,再拋光加工表面,加工效率低。螺紋對比牙形尺寸較大,標準刀具切削刃窄、切寬小,增加了走刀次數,致使加工周期較長。

  
   
圖 2 夾砂與縮孔
  
     3、切削難度解決對策
  
     對加工過程中發現的缺陷,在加工過程中要及時按排鉗工直接挖除缺陷、去除硬點,減少刀具反復撞擊造成的磨損。同時,增加刀桿剛性、刀片耐磨度,保證牙形尺寸精度及表面光潔度,提高了加工效率。另外,還要適當增加切削刀具刃寬,根據現場實際加工情況調整切削參數。

     4、具體實驗過程
  
     4.1 使用標準切槽刀進行螺紋車削
  
    粗加工模式,鐵屑成螺旋狀,切削輕快,效果較理想;精加工模式,由于缺陷處理后焊接點硬度高,刀具崩刃嚴重,刀頭剛性差,局部硬點存在讓刀現象,粗糙度和平面度無法滿足顧客要求。
  
     4.2 選用顧客提供專用刀具進行加工
  
     刀具基本信息:刀桿尺寸 50mm×50mm×160mm,刀片尺寸長 36mm×13mm×13mm,刀尖圓角 R 為 3mm。粗加工時,排屑較好,鐵屑成螺旋狀,由于刀具圓角大故切削力增大,當機床刀夾伸到螺紋底部時出現顫刀現象,刀刃出現微崩,刀片壽命縮短;精加工時,由于刀具剛性較好,硬點處讓刀情況得到很好解決,平面度和粗糙度都有所提升,通過現場觀察分析,此結構刀具由于整個切削刃參與切削,切削刃和工件接觸面有顫刀紋,無法滿足顧客要求。
  
     4.3 選用仿形槽刀進行加工
  
    刀具基本信息:刀桿尺寸 32mm×32mm×160mm,刀桿主偏角為 -7°,刀片寬 8mm,刀尖圓角 R 為 4mm。精加工時,粗糙度有所提升,達到 3.2 ~ 4.0,但刀桿剛性不足,導致硬點處讓刀,平面度下降 0.08 ~ 0.12mm,仍無法滿足顧客要求。
  
     4.4 專用刀具設計開發
  
     基本參數:刀桿直徑 50mm×50mm×300 mm,刀片尺寸 42mm×9.5mm×18mm,刀尖圓角 R 為 3mm。精加工,粗糙度 Ra 為 3.0 ~ 3.2,平面度 0.02 ~ 0.03mm,滿足顧客要求。該刀具特點為刀桿和刀片尺寸增大,提高刀具剛性;刀片材料選用超細顆粒硬質合金,PVD TiAIN 涂層,刀具耐磨性和耐沖擊韌性明顯提升;良好的剛性夾持設計防止了高進給中刀片松動。上述多項優點保證了加工表面光潔度較高,加工效率明顯提升,刀具壽命有所延長。堅固的懸臂夾具產生三個方向的鎖緊力,能抵消側面推力和切向力。
  
     5、各刀具切削參數對比總結
  
     各種方案效果如圖1所示,各項參數對比情況如表1所示。
  
表 1 不同方案參數對比表
   
  

  
    通過表 1 可知,方案 1 所示標準刀具具有效率高,耐用度好,成本低的特點。但采用精加工時,無法滿足交貨質量要求;方案 2 作為粗加工時,效率較低,作為精加工時,同樣無法滿足顧客要求;方案 3、方案 4 只能作為精加工,但案 3 在精加工時仍然無法滿足顧客要求。
  
   
  
 
圖 3 不同方案實施效果
  

     最終選擇使用方案 1 所示標準刀具作為粗加工刀具,選擇方案 4 所示新開發專用刀具作為精加工刀具。既提高了大型異型螺紋件加工效率,也提高了大型異型螺紋件加工質量。
  
     6、結語
      
    目前在大型礦機類產品中,研發出的專用刀具使用效果較好,但鑄件工況差時仍然會導致刀具出現耐用度差等問題,需要相關設計人員不斷調整刀片材質。隨著工業化發展,鑄件外徑逐漸增大,工件材質變化,對刀片材質、涂層、耐用度提出新的要求,這也要求相關研究人員不斷創新。

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