90度彎頭內孔加工方法的研究

王景奕，高 霄

(長春理工大學 機電工程學院，長春 130022)

0 引言

出于航空航天、國防科技、新能源、精密機械等前沿技術的迫切要求，對各種流體輸送管路的精度要求越來越高，尤其是對管路彎曲處的連接件——各種角度的彎頭內表面的加工精度要求越來越高。然而，目前國內外所能生產的彎頭內孔粗糙度較高，圓度及平整度較低。由于鏜床和車床本身的結構功能和彎頭內孔有限空間的限制，不能對彎頭的彎曲內孔進行加工［1］。雖然目前數控機床可以實現復雜曲面的加工，但是同樣由于有限空間的限制，也無法實現90度彎頭內孔的加工。例如:法國僅僅能夠對50度彎頭采用數控機床切削加工的方式，且得到的是非標準彎曲圓柱面。

0.1 目前鑄造彎頭及壓制彎頭加工方法

目前，鑄造彎頭及壓制彎頭在國內都無法實現其彎曲內孔的加工，只能進行人工打磨，方法如下:(1)由彎頭毛坯劃出其彎曲曲率半徑中心線，在其兩端找正圓線且水平找正圍線;

(2)按照上一步的劃線，在立車上車削其外圓，留下一定余量從而進行打磨平整。

(3)以上一步打磨光滑的外圓為基準，劃出彎頭的內外圓經緯網格線，并標注記號。

(4)測量其內外圓網格交叉點的壁厚，并以表格記錄測量結果。

(5)按照測量結果與理論壁厚計算各點的磨削量，并將其以表格形式記錄。

(6)按照表格數據，使用手電鉆鉆出打磨基準并留出余量。

(7)按基準對各點進行打磨，使用粗磨樣板進行對比，保證其平整度及圓度的同時保證厚度。

(8)對(3)-(7)步反復操作，直至達到設計要求為止。

0.2 目前鑄造彎頭及壓制彎頭加工方法缺點

4.城鄉居民基本醫療保險。參保個人繳費采取銀行托收方式，社保機構與各類商業銀行簽訂托收城鄉居民基本醫療保險費協議，簽約銀行從參保人員銀行賬戶中按戶托收個人應繳納的基本醫療保險費，并轉存到社保機構指定的專用戶頭。在校學生以學校為單位統一組織繳費，由所在學校托收代繳；或通過與銀行簽約從在校學生銀行賬戶中托收個人應繳納的基本醫療保險費。

上述方法雖然容易描述，但操作十分困難。其方法有以下不足:

(1)彎頭內孔空間尺寸小，難于操作和使力，工作環境惡劣，加工效率低。

(2)對于磨削性能差的彎頭，容易粘砂輪，使得砂輪壽命降低，新砂輪很快被磨鈍，加工效率很低。

(3)為避免磨削溫度的提高而造成過燒現象，磨削時，加力不可太大且連續時間不可過長。

(4)彎曲曲面的尺寸精度難于測量和控制。最終的尺寸檢查，難于達到對彎曲內孔圓度、粗糙度、平整度和各點壁厚的要求。

本文所提出的方案能夠對將來90度彎頭內孔的加工提供一定參考。

1 90度彎頭內孔加工方法的提出

在普通車床或鏜床的切削加工中，刀具的切削軌跡是直線的，那么，能否將刀具的軌跡改變成如圖1所示的圓弧曲線。若刀具能夠實現沿該圓弧曲線運動，也就意味著刀桿能夠向彎頭內孔內部延伸。因此，可將刀桿設計成如圖2所示的圓弧形狀，只要保證其彎曲曲率半徑與彎頭的彎曲半徑相等，就能夠實現刀桿在彎頭內孔中的延伸(如圖3、圖4所示)。

圖1 刀具軌跡示意圖

圖2 刀桿形狀示意圖

圖3 刀桿運動示意圖1

圖4 刀桿運功示意圖2

2 90度彎頭內孔加工方法具體描述

(1)將刀桿設計成圓弧彎曲形，在其一端安裝刀具，另一端連接動力設備;并在刀桿內部設置傳動機構;

(2)將彎頭坯件和刀桿安放在同一工作臺面上，并通過保證回轉臺的回轉中心與工作臺面中心重合，實現彎頭和刀桿的彎曲曲率中心重合;

(3)選擇落地機床為動力設備時，將彎頭坯件安裝在工件回轉臺上，隨回轉臺一起轉動，實現切削的進給運動，如圖5所示。

(4)選擇電動機等輕型、易移動設備作動力源時，將刀桿安置在回轉臺上，實現切削的進給運動，如圖6所示。

圖5 90度彎頭內孔加工方案1

圖6 90度彎頭內孔加工方案2

方案中回轉臺的回轉通過其傳動機構實現，它的設計不受具體空間的限制，因此，本方案的難點在于圓弧形刀桿內部傳動機構的設計;

3 刀桿內部傳動機構設計實例

某工程中，國家標準長半徑90度彎頭如圖7所示。其彎曲半徑為762mm。其外徑為508mm。彎頭壁厚為16mm(厚度等級Sch40)。材料為球墨鑄鐵。加工方式:鏜削。

3.1 設計過程

(1)由工件的材料，選用合適的刀具，由切削三要素，計算出切削力并估算出切削功率［2-3］;

圖7 長半徑90度彎頭

(2)根據工件孔徑尺寸，確定刀桿外徑尺寸，估算刀桿最小壁厚。然后，擬定傳動方案(由于空間的限制和傳動的平穩性要求，選用齒輪傳動)，由傳動效率和切削功率計算出傳動機構的輸入功率，選取合適的電機;

(3)綜合考慮彎頭內孔的空間限制和傳動零件的強度要求，正確的擬定傳動比，按照機械設計相關知識設計出合理的傳動機構;

(4)設計“刀桿箱體”的具體結構(包括刀桿的截面形狀、刀桿壁厚、軸承支承、連接零件等等)。

3.2 齒輪傳動方案

使用如圖6所示90度彎頭內孔加工方案2，刀桿內部采用如圖8所示的齒輪傳動方案，最終設計結果如圖9所示:

圖8所示的傳動方案對Li和Ai

圖8 刀桿內部傳動方案

圖9 刀桿內部齒輪傳動

(1)各齒輪的嚙合中心距A1+A2+A3+A4+A5≥工件內孔的曲率半徑R762+動力設備所需尺寸;

(2)軸向上各齒輪間距L1+L2+L3+L4+L6(刀具安裝尺寸)≥R762，便于動力的輸入。

注意:傳動機構隨著彎頭的材料、內孔孔徑、精度要求等及刀具的材料、刀具參數的不同而變化。

4 結語

出于前沿科技對高精度彎頭的迫切需求，本文提出通過設計一種圓弧形彎曲的刀桿，并在其內部完成刀具動力傳輸的一種方法，實現對彎頭內孔的加工。為將來彎頭內孔的加工提供一定的參考。

［1］徐盛林.彎曲孔加工技術及新方法［J］.現代制造工程，2006(9):82-84.

［2］陳云.現代金屬切削刀具實用技術［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［3］楊叔子.機械加工工藝師手冊［M］.2版.北京:機械工業出版社，2011.