礦機零件大型異型螺紋加工刀具應用

柏長友 延楊偉

（寧夏共享精密加工有限公司，銀川 750021）

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1 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。

5 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。