紫銅防爆錘橢圓錐孔的高效加工工藝技術研究

張麗，秦運動

(宿遷學院，江蘇宿遷223800)

防爆錘是主要的擊打類防爆工具。通過對各種工件的擊打，以實現防爆錘不同的作業目的。紫銅可以作為防爆錘的材料是由于紫銅的良好導熱性能以及幾乎不含碳的特質，使工具和物體在摩擦或撞擊時，短時間內產生的熱量會被吸收及傳導;另一方面，紫銅本身相對較軟，摩擦和撞擊時具有良好的退讓性，不易產生微小金屬顆粒，幾乎看不到火花，所以，此防爆工具又被稱為無火花工具。防爆錘在一些特殊的工作場所，特別是對于安全性要求比較嚴格的場所里，起到了非常重要的作用。如石油、石化行業、燃氣行業、礦山采礦、軍工制造及電工行業等工作場所由于日常維護中容易產生引發安全事故的火花，因此在這些場所里應該使用防爆錘來提高安全系數。

紫銅橢圓錐孔的防爆錘，錘頭材質為紫銅，錘柄材質為高級纖維柄或塑料，錘頭與錘柄采用橢圓錐孔聯結，采用合適的錐度可以使產品成形后不易出現錘頭與錘柄脫離的現象，提高了銅錘的使用安全性并增加適用壽命。在連續快速使用中均能確保安全，沖擊、摩擦、落錘均不產生火花爆炸。在實際工況使用中具有重要的現實意義。

1 橢圓孔的加工方法

(1)銑床上采用鏜刀加工

在圓柱體上用一平面以某一斜角對其截切，所得的截面為橢圓，如圖1所示，根據此原理，只需圓形工件回轉軸線與刀具切削點旋轉平面調整成一夾角α(D1橢圓短軸長度;D2橢圓長軸長度)即可加工出所需要的橢圓孔［1］。

圖1 橢圓孔加工示意圖

cosα=D1/D2

在工業應用中，加工橢圓孔主要采用在銑床上使用鏜刀進行加工。其加工原理是:首先將工件安裝在工作臺上，使橢圓孔的軸心線與工作臺面垂直，橢圓孔的端面用銑刀銑平，使橢圓孔的軸心線和主軸軸線平行;接著選擇直徑合適的鏜刀桿安裝在立銑頭主軸錐孔里，將橢圓孔鏜到(D2－ n)(n 為精鏜余量，其值可根據實際情況確定);然后調整鏜刀刀尖的回轉直徑等于橢圓軸的長徑，并將立銑頭轉動一個角度α，即它的軸心線與工件孔的軸心線成α 角，α =arccos(195/205)=17°59'，所以立銑頭應轉動17°59';最后使鏜刀旋轉工件垂直進給，便可以加工出合格的橢圓孔。在實際鏜削加工過程中，切向力偏離中心線產生了一個力臂(從鏜桿中心線到受力點的距離)，從而形成一個力矩，它會使鏜刀相對其中心線產生扭轉變形。徑向力的作用方向垂直于刀桿中心線，將鏜刀推離被加工表面。因此鏜桿受到切向力與徑向力合力的作用而發生彎曲變形，從而影響橢圓孔的加工精度。另外，鏜削加工中，橢圓孔的深度不能過長，否則傾斜的鏜桿會和工件相碰。

(2)橢圓形錐孔的數控銑削加工。

加工工件如圖2所示。

圖2 紫銅防爆錘頭零件簡圖

數控加工橢圓錐孔分析

根據橢圓近似作圖原理(圖3)，已知OA =AB/2 =D/2，OC=CD/2 = d/2，并作CF = OA－ OC，以及AF 的垂直平分線ME，通過下列計算求出長軸端圓弧半徑R小和短軸圓弧半徑R大。

OA=AB/2 =D/2

在直角三角形AOC 中;控編程，即在滿足允許編程誤差的前提條件下，用若干直線段或圓弧段分割并逼近給定的曲線，然后計算出每段直線段或圓弧段起點、終點及半徑，再編程進行加工［2］。

tan∠CAO=OC/OA;∠ACO=90°－∠CAO

在直角三角形AGH 中;

R小=AH=AG/cos∠CAO

在直角三角形CGE 中;

R大=CE=CG/cos∠ACO

將工件總孔深除以循環次數便可計算出各層的長軸、短軸數值。

為保證加工橢圓的正確外形，一般采用小段直線或圓弧來逼近橢圓輪廓曲線的數學處理方法來完成數

圖3 橢圓的畫法

2 數控銑橢圓錐孔工藝

以直徑φ80 紫銅防爆錘頭為例:首先采用銑平面、鉆兩孔，然后利用立銑刀銑削分成橢圓。

(1)銑平面，鉆兩孔

圖4 鉆孔平面圖

(3)立銑刀銑削分層橢圓

銑削分層加工是根據銑削深度、表面加工質量不同來設置分層數目。銑削加工分層(以4 層為例)示意如圖5、圖6所示。

圖5 銑削加工分層示意圖

圖6 分層加工三視圖

分層加工技術路線實現:

3 加工工藝需注意的幾個問題

(1)鉆削加工時工件的熱變形:由于鉆頭橫刃的擠壓作用，切屑與排屑溝的摩擦以及散熱條件不好等原因，鉆孔時所產生的熱量50%進入工件，由于紫銅材料熱傳導性較好，工件溫度急劇上升，鉆削加工時會產生夾刀、卡死等情況。因此，在鉆削時應注意切削速度和進給量的選擇。(2)基于刀具使用壽命的切削用量優化基點與取值范圍:首先以工件工序成本最小或利潤率最大條件下的切削用量為基點，向著最大生產率下的切削用量取值;取值范圍是基點至最大生產率下的切削用量的數值，此范圍內的切削用量即視為該加工狀態下切削用量的優化值［3］。

紫銅塑性大、切削變形大、易黏刀，因此銑刀的刃口一定要鋒利，前后刀面表面粗糙度精度要高，高速鋼銑刀前角要大，要用鎢鉆類硬質合金車刀前角應略小些。在銑削多余部分時，最好用加長立銑刀，銑刀直徑要適當，不能過大，加工時可選直徑20 mm的。順銑時，吃刀深度不宜過大，以免發生啃刀現象。選用的切削速度應大，可在30 m/min，切削時可選用潤滑性好的極壓乳化液，充分沖注，以提高表面粗糙度精度。

4 結束語

橢圓錐孔數控程序的編制:根據上下橢圓的尺寸，合理選擇程序加工中的循環次數，在保證加工質量的條件下，提高生產效率。采用此法加工出來的橢圓孔和理論上的橢圓孔相比誤差極小。它具有孔的深度不受限制，橢圓長、短軸尺寸容易控制，銑削時平穩可靠等優點。

【1】馬明霞，王勇.萬能銑床加工橢圓孔及圓球面的應用［J］.現代制造技術與裝備，2008(2):53－55.

【2】李森.宏程序在橢圓銑削加工中的應用研究［J］.煤礦機械，2010(1):118－120.

【3】顧立志，張惠麗，袁哲俊.基于刀具使用壽命的切削用量優化［J］.哈爾濱理工大學學報，2000(2):62－65.

【4】SMID Peter.數控編程手冊［M］.3 版.北京:化學工業出版社，2012.

【5】李偉.先進制造技術［M］.北京:機械工業出版社，2005.

【6】何濤.利用FANUC 宏程序加工矩形陣列橢圓孔［J］.金屬加工(冷加工)，2010(12):69－71.