淺析竹木拉絲刀具研制方法

熊新波 楊街良

（江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001）

竹制品是指以竹子為加工源料制造的產(chǎn)品，多為日用品，比如古有竹藍(lán)、竹篩、竹蒸籠、竹匾、竹掃帚、竹背簍、籮框、竹扁擔(dān)、竹床、竹椅，竹凳，竹桌、竹碗、竹杯和竹筷等，近年來(lái)也有比較流行的雙面涼席、竹地板、竹家具、燒烤的竹簽，還有一些價(jià)格比較高，經(jīng)雕刻名師之手而成的各種民間竹雕工藝品等，可以說(shuō)以竹子為源料制作的各類制品都深受消費(fèi)者們的喜愛(ài)。在國(guó)家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，竹木制品企業(yè)面臨全新的挑戰(zhàn)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的竹木產(chǎn)品的品質(zhì)提出更高的要求，各大企業(yè)在環(huán)保和節(jié)約資源的前提下努力提高生產(chǎn)品質(zhì)和效率，使企業(yè)能與國(guó)家同步跟上市場(chǎng)的步伐。這與消費(fèi)者要求有更好品質(zhì)的產(chǎn)品的方向是不謀而合的，在現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)作用下企業(yè)更需要用更好品質(zhì)的產(chǎn)品，更高的生產(chǎn)效率來(lái)羸得消費(fèi)市場(chǎng)的肯定。所以企業(yè)想要提高自己，生產(chǎn)出更好的品質(zhì)和提高生產(chǎn)效率使企業(yè)在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)中占有一席之地，該怎么辦呢？筆者認(rèn)為有2 個(gè)方面，一方面是企業(yè)有一個(gè)好的管理團(tuán)隊(duì)，能讓企業(yè)朝著陽(yáng)光健康的道路發(fā)展，另一方面就是生產(chǎn)工具，好的生產(chǎn)設(shè)備是一家生產(chǎn)型企業(yè)的生存根本，沒(méi)有好的工具，其他的都將是零，該文筆者就將對(duì)竹木制品生產(chǎn)過(guò)程里最為重要的工具竹木拉絲刀具的研究制作進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析。

1 竹木拉絲刀具的設(shè)計(jì)

竹木拉絲產(chǎn)品有很多種不同形狀圓角的規(guī)格要求，所以竹木拉絲刀具的設(shè)計(jì)尺寸是根據(jù)竹木拉產(chǎn)品的規(guī)格尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算刀片上開(kāi)槽的尺寸、數(shù)量、刀片的材料和材料力學(xué)性能的分析。竹木拉絲刀具的設(shè)計(jì)主要有刀片開(kāi)槽尺寸、數(shù)量、材料、設(shè)計(jì)齒數(shù)、刀壞外形及其各公差的要求，刀片與刀坯連接方式的合理選擇，再根據(jù)以上的條件畫出刀具的設(shè)計(jì)圖紙和寫出各項(xiàng)工序加工的工藝路線要求。竹木拉絲刀具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示，此刀具的設(shè)計(jì)刀壞有12 玫刀齒，每玫刀齒上連接一片刀片，刀片上根據(jù)產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)不同尺寸和數(shù)量的刀槽，此刀具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單刀片的分布合理非常適應(yīng)現(xiàn)代竹木拉絲制品企業(yè)的加工需求。其工作原理為竹木原料，從刀具的切線方向快速推進(jìn)刀具的刀槽內(nèi)，經(jīng)過(guò)刀具的旋轉(zhuǎn)作用能快速形成切割成型，使切割的成型產(chǎn)品快速光滑地從刀具切線方向的另一邊出去。

2 竹木拉絲刀具的材料

刀具的材料主要分為刀片和刀坯2 個(gè)部分。

2.1 刀片材料

刀片材料根據(jù)所刀具拉絲產(chǎn)品的不同，刀片材料選擇也不同，筆者選擇了最適合制作刀具的材料――硬質(zhì)合金。

硬質(zhì)合金是由WC、TiC、TaC、NbC、VC 等難熔金屬碳化物以及作為黏結(jié)劑的鐵族金屬用粉末冶金方法制備而成[2]。與其他刀具材料相比，它具有較高的硬度、耐磨性和紅硬性，與超硬材料相比，其具有較高的韌性，由于硬質(zhì)合金具有良好的綜合性能，其加工性能可以經(jīng)磨床、電火花、電火花線切割等設(shè)備加工，因此在刀具行業(yè)里硬質(zhì)合金得到了廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外大量刀具制造商均采用硬質(zhì)合金作為刀具的原材料，筆者之所以選擇硬質(zhì)合金作為刀片材料，也是經(jīng)再三考慮，其綜合性能滿足拉絲產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的耐用度高、磨損小、耐高溫等要求而確定的。

2.2 刀坯材料

刀壞作為刀片的基體不直接參與竹木拉絲制品的切割，但是其外形復(fù)雜，如圖1 所示，圓周上分12 個(gè)刀齒需要加工，為了節(jié)省加工制作成本，刀坯材料一般選擇可加工性能比較好的材料，如45 鋼40Cr 等材料，這2 種材料的可切削性很好，同時(shí)還能滿足拉絲過(guò)程中刀具旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的扭矩力。

3 竹木拉絲刀具的加工

3.1 刀片與刀坯的連接

竹木拉絲刀具刀片和刀坯之間是2 種不同材料的獨(dú)立個(gè)體，要把刀片與刀坯牢固的連接成一個(gè)整體才能做成一把竹木拉絲刀具，那么硬質(zhì)合金刀片與刀坯2 種不同材料的究竟用什么方法才能連接在一起并且具有一定的強(qiáng)度呢？筆者選擇了全自動(dòng)高頻焊接。

高頻焊的原理是借助高頻電流的集膚效應(yīng)可以使高頻電能量集中于焊件的表層，而利用鄰近效應(yīng)，又可以控制高頻電流流動(dòng)路線的位置和范圍。當(dāng)要求高頻電流集中于焊件的某一部位時(shí)，只要將導(dǎo)體與焊件構(gòu)成電流回路，并使導(dǎo)體靠近焊件上的這一部位，使它們相互之間構(gòu)成鄰近導(dǎo)體，就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求。高頻焊就是根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)的具體形式和特殊要求，主要運(yùn)用集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使焊件待焊處的表層金屬得以快速加熱而實(shí)現(xiàn)焊接。

高頻焊具有4 個(gè)特點(diǎn)。1）由于電流高度集中于焊接區(qū)，加熱速度極快，因此焊接速度可高達(dá)150 m/min～200 m/min。2）因焊接速度快，焊件自冷作用強(qiáng)，因此不僅熱影響區(qū)小，而且還不易發(fā)生氧化，因此焊縫的組織和性能十分優(yōu)良。3）焊前焊件表面可以不進(jìn)行清理工作，因此提高了效率。4）能焊的金屬種類廣，產(chǎn)品的形狀規(guī)格多。

經(jīng)過(guò)對(duì)高頻焊的原理和特點(diǎn)的分析，不難看出高頻焊是非常適合做竹木拉絲刀具刀片與刀坯之間的焊接的，而且高頻焊也是國(guó)內(nèi)外大部分刀片刀具制造商運(yùn)用最廣泛的焊接方式之一，同時(shí)高頻焊還可以保質(zhì)保量安全高效率地進(jìn)行焊接生產(chǎn)。

3.2 刀片刀槽粗加工

電火花線切割粗加工刀槽，預(yù)留精加工余量。a）如圖1 所示，線切割對(duì)每片刀片進(jìn)行切割時(shí)必須保證刀槽的角度、形狀和位置一致，因此需要根據(jù)刀具外形特征設(shè)計(jì)出合理的工裝夾具，以便提高效率保證加工質(zhì)量。b）線切割工藝編制，根據(jù)刀具圖紙對(duì)電火花線切割的要求編制好線切割的走刀路線圖。在正始切割前必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行全面檢查包括線路、導(dǎo)電塊、各控制電器、各控制開(kāi)關(guān)、切割液是否足量、機(jī)床線架導(dǎo)輪總成是否有異響等，并對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)注油保養(yǎng)進(jìn)行試運(yùn)行，以保證機(jī)床安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。根據(jù)鉬絲直徑來(lái)確定放電間隙，選擇脈沖電源（電壓、電流、脈沖間隙寬度、功率管）。鉬絲選擇0.18 mm 切割硬質(zhì)合金，放電間隙單邊0.01 mm。根據(jù)硬質(zhì)合金的特征調(diào)出合理電源參數(shù)和跟蹤速度，確定了以上檢查和電源參數(shù)后根據(jù)事先編好的切割線路圖對(duì)刀片進(jìn)行開(kāi)槽切割。

3.3 竹木位絲刀具刀片前角和后角的韌磨

如圖1 所示，要想刀具拉絲效率高，刀鋒鋒利無(wú)比有質(zhì)感就必須給刀片設(shè)計(jì)出合理的前角和后角，要想磨出好的前角和后角就必須得有一臺(tái)高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床，磨床上有2 根砂輪主軸，一根軸安裝盤式砂輪韌磨前角，一根軸安裝碗式砂輪韌磨后角，刀具安裝在一個(gè)聯(lián)動(dòng)分度頭夾具上，對(duì)刀具十二片刀片30 度一分分次與各軸之間聯(lián)動(dòng)磨削加工，由于磨削材料為硬度比較高的硬質(zhì)合金，所以砂輪必須根據(jù)刀片材料的特性定制成金剛石磨料的砂輪，只有金剛石磨料的砂輪配合高轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的四軸聯(lián)動(dòng)磨床才能磨削出標(biāo)準(zhǔn)前后角刀鋒的刀片。

3.4 竹木拉絲刀具刀槽精加工

刀槽的精加工是對(duì)每片刀片經(jīng)線切割粗加工開(kāi)槽后預(yù)留的精加工余量進(jìn)行高精度韌磨，最終讓每片刀片刀槽尺寸達(dá)到圖紙的設(shè)計(jì)要求。刀槽韌磨是比較復(fù)雜重要的一步，刀具最終是否合格，拉絲切割竹木材料是否高效光潔質(zhì)量高，都在此關(guān)鍵的韌磨一步上。根據(jù)圖紙的設(shè)計(jì)要求，刀槽精加工公差要達(dá)到0.001 mm 的精度標(biāo)準(zhǔn)，同樣這也需要一臺(tái)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到5 000 r/min 以上，各軸之間聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性很強(qiáng)且自帶完整的冷卻系統(tǒng)的高性能數(shù)控磨床。根據(jù)刀槽形狀和尺寸的不同同樣需要定制不同尺寸形狀以金剛石為磨料的砂輪，砂輪定制等級(jí)也比前面的等級(jí)要高很多，對(duì)砂輪的動(dòng)平衡，運(yùn)轉(zhuǎn)跳動(dòng)值和平穩(wěn)性提出了更高的要求，砂輪的定制方式也分為2 種形式，一種是根據(jù)每片刀片刀槽定制單一齒槽的金剛石砂輪對(duì)每個(gè)槽進(jìn)行單一的韌磨成型。一種是根據(jù)每片刀片所有刀槽尺寸和數(shù)量進(jìn)行定制合成型整體式金剛石砂輪對(duì)刀片所有刀槽一次性韌磨成型。第二種整體型砂輪磨削尺寸穩(wěn)定，合格率高，大大地提高了磨削效率，降低生產(chǎn)成本。

4 竹木拉絲刀具動(dòng)平衡檢測(cè)

將刀具安裝在動(dòng)平衡檢測(cè)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)調(diào)試，對(duì)動(dòng)平衡不達(dá)標(biāo)的刀具進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)整，調(diào)整后確保每把刀具都可以達(dá)到動(dòng)平衡要求。

5 竹木拉絲刀具的尺寸檢查

將經(jīng)韌磨動(dòng)平衡檢測(cè)的刀具放在專業(yè)的測(cè)量機(jī)構(gòu)上進(jìn)行公差檢測(cè)包括外形尺寸、內(nèi)徑、光潔度和前后角等。檢測(cè)合格進(jìn)行編號(hào)封油包裝。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，對(duì)竹木拉絲刀具研制包括圖紙的設(shè)計(jì)，工藝路線選擇和改進(jìn)，各工藝設(shè)備的要求和砂輪的定制方式等有了一個(gè)全方面的了解，對(duì)各拉絲刀具生產(chǎn)企業(yè)有指導(dǎo)的方向，對(duì)降低成本和提高生產(chǎn)效率有建設(shè)性的意見(jiàn)。