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多功能机械刀片的试验研究EFA-445

0 前言

切削是机械加工中很重要的组成部分,汽轮机很多重要零部件如汽封圈、汽封环活塞及轴承等大部分都采用切削。但由于车削方法单一,不同的车削工序需要不同的刀来完成,换刀、装夹辅助时间长,并且在切断切槽过程中夹屑严重、排屑困难。为了提高效率,降低成本,研制了多功能机械刀片,使其在切槽、切断的同时,能够左右车外圆、车端面,实现一刀多用。

1 多功能机械刀片结构的确定

多功能机械刀片的结构是在上压式切断刀的结构基础上改进而来的,它解决了原来的上压式切断刀与靠切削力夹紧的切断刀的缺点。它由刀体、机械刀片、压板、螺钉等组成。在确定刀体结构时,主要有两个难点需解决,一是刀体材料的确定与刀板的加工,在使用中,要求刀板既薄又要有很好的刚性和强度,二是定位方式的确定,使其既能承受径向力,又能承受较大的轴向力。

刀板的确定

因为多功能机械刀片是以切槽、切断为主,因此在切削过程中要求刀板首先必须很薄,并且要有很高的强度,因为刀板上装夹机械刀片处距刀板顶部距离很小,因此容易碎裂,机械刀片易掉下来,在热处理时要求这一点的硬度较其它处要高。由于它同时又要车外圆与端面,又要求刀板具有较好的刚性和韧性,使车削时刀板能尽量稳定,减少颤动,同时又可产生一个微小变形,但并不折断,经反复试验,刀板材料确定为弹簧钢,硬度HRC43~48。

由于采用了双V型槽圆弧型机械刀片,要求刀板装夹机械刀片处也必须是圆弧型的,同时由于刀板是靠弹性力夹紧机械刀片的,所以要求弹性孔距刀板上壁很近,因此用一般铣床是很难加工出来的。最后经过编程,由线切割机床加工出来。刀板结构。

机械刀片定位方式的确定

多功能机械刀片采用了双V型槽定位,同时由于机械刀片体积小,为了增大机械刀片与刀板的接触面积,在机械刀片的上、下两面都采用了圆弧型,如图3所示,以增强夹紧的可靠性,使其承受轴向力的能力更强。

工作原理

此处以向左车外圆为例来阐述一下多功能机械刀片的工作原理。如图4所示,机械刀片在向左进给车外圆时,在进给力的作用下,刀板会产生一个微小变形,从而使机械刀片顶刃与被加工表面间形成一个副主偏角kr',这样就保证被加工表面不被机械刀片刮伤,解决了一般切断刀切削刃全面接触工件的问题。

压板结构的确定

压板上有2个弹簧开口和4个螺钉孔,中间的2个螺钉口起着固定刀板的作用,而两边的2个螺钉孔和弹性开口则是为了更换机械刀片容易而设计的。当更换机械刀片时,只要松开螺钉1,由于弹性开口的弹性作用可使刀板的前部松开而自由地将机械刀片取出,更换机械刀片后再拧紧螺钉1,机械刀片又可牢牢夹紧,因此这种结构更换机械刀片非常容易。

2 机械刀片槽型的确定

在切削过程中,切屑的排出方式和断屑情况对已加工表面质量影响很大,因此需要选择适当的槽型以获得更好的切屑形状,保证机械刀片的加工精度。目前,国外的各种先进槽型主要有以下几种:以色列ISCAR公司的P型、F型机械刀片,瑞典SANDVIK公司的T型、U型机械刀片。这些槽型的共同特点是刀刃的边缘较里面高一些,使切屑变窄变厚,不能刮到已加工表面,从而保证加工表面的精度。

3 多功能机械刀片的使用

多功能机械刀片在许多工件上进行了试验,现以加工汽封圈和汽封活塞为例,对其切削用量加以说明,有关数据列于表1。

在切槽与切断时,因切削轻快,切削速度可比原来提高一倍,表面粗糙度可达Ra3.2以上。

根据不同加工材料,可对机械刀片表面分别进行TiC、TiN、Al2O3及TiC-TiN复合涂层,使机械刀片在硬度、耐磨性及抗磨损能力等各方面都有所提高,使多功能机械刀片的应用范围变宽,使它不仅能应用于难加工材料,也可以在断续切削、吃刀深度不均等不利条件下应用。

4 结 论

1.多功能机械刀片成功地实现了一刀多用,一把刀可以代替普通机械刀片3~4把,大大节省了装夹时间,提高了生产效率。

2.由于采用了先进的槽型,解决了常规切断刀存在的夹屑严重、排屑困难等问题,使表面粗糙度可达Ra3.2以上,提高了刀具的耐用度。

3.与普通切断刀相比,它存在着装夹可靠,更换机械刀片容易的特点。

4.由于多功能机械刀片刀体不大,机械刀片较小,因此它适用于一些中小件加工和小型机床,具有一定的局限性,并且在横向切削时不能大量进给,这个问题还有待解决。

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