摩擦焊杆件内飞边车削刀具设计与应用论文_刘震

摘要：针对杆件摩擦焊接产生的内飞边，设计长车刀杆配合合金刀片，并合理选择加工工艺与设计参数，以对焊后内飞边进行车削。

关键词：机械设计；车削刀具设计；应用

杆件摩擦焊接是一种利用杆件接头与管体接触面相对旋转运动相互摩擦产生的热，使焊接部位达到热塑状态，迅速顶锻完成焊接的一种压接方法。由于焊接过程中焊接压力与顶锻压力的作用，在焊接部位管体内外产生了两个厚度约5~8mm的环形飞边，如图1所示。内外飞边的去除情况直接影响着钻具在使用过程中整体的强度、抗冲蚀等诸多性能，对整个产品至关重要。常见的杆件材料为40GrNiMo，产品要求尺寸精度为：上偏差+0.50 mm，下偏差-0.50mm，表面粗糙度Ra6.3μm。由于内飞边位于距离端面280～370mm的孔内，加工起来具有一定的难度。

　图2 车刀示意图

一、加工工艺方法的合理选择

要提高车床对产品的适应能力、提高生产、产品精度及加工尺寸的一致性，机床必须配备完善、先进的工具系统，才能显现出良好的经济效益。把具有合理几何形状与切削刃的成品刀片用机械夹固的方法装配在刀体上，是提高机床切削效率的新型高效方法。当一条切削刃崩坏或磨损至不能再用时，可迅速转为换成新的切削刃，操作简单方便，刀具寿命长，刀具几何参数固定，切削性能稳定。由于不需要磨刀，互换方便，减少了非机动时间。刀杆可反复使用，使用寿命长，减少库存量，简化了刀具管理。基于长期的工作经验及机床各种数据，确定利用S1-127管螺纹车床进行加工，易于实现该深孔内的飞边车削。

二、设计参数的合理选择

已知需加工的内飞边直径为φ76 mm，杆件管壁内径为φ90 mm，工件材料为40GrNiMo。加工要求：上偏差+0.50 mm，下偏差-0.50mm，表面粗糙度Ra6.3μm；切削用量：切削速度νc= 2.5 m/s，走刀量f = 0.5 mm/s，切削深度ap=6mm；使用机床：S1-127管螺纹车床。

设计步骤：

刀片材料的选择，根据被加工零件材料，选用新型复合涂层刀片TIC+Al2O3+TIN。刀片固定形式的选择，根据被加工零件的特点及切削参数，刀片固定型式设计为压孔式结构。刀片形状及规格的设计，刀片形状选择55°菱形、7°法向后角、单面有V型断屑槽的国标刀片，刀片厚度S=3.97mm，刀尖圆角半径re=0.4±0.1mm。刀片精度的选择，选择刀片的精度为M级。

车刀刀杆槽的几何角度计算：已知参数：刀片法向后角αnb= 7°，刀片刃倾角λab= 0°；车刀的独立角度 Kr=62.5°，λ= - 4°；预选后角αo= 4°；刀杆槽的主偏角krg krg = Kr = 62.5°；刀杆槽的刃倾角λsg λsg = λ = - 4°；刀杆槽的前角γog；tanγog =（tanαnb-tanαo/cosλ）/[（1+ tanαnbtanαo/cosλ）cosλsg]=0.0523，其中γog=2.997°，取γog = 3°；验算后车刀角αoarctan（tanαnb-tanγogcosλsg）cosλ/（1+ tanαnbtanαocosλsg）=0.0699；αo=3.99°；与预选后角αo=4°相近，所选值合理。

图3 车刀刀头

刀片切削刃长度Sa：Sa=ap/sin Kr cosλ =6.78mm，切削刃长L≥10.172mm，而所选刀片主切削刃边长L≈11.6mm，满足切削要求。

刀片型号的确定：经过前几项的设计选择，确定刀片型号为DCMT11T304-V1。

确定车刀刀杆及刀夹联结方式：根据机床型号及中心高度，为增加刀杆强度，将刀杆截面尺寸设计为变截面，同时避免了刀杆与工件的干涉。

采用可转位机夹车刀，定位精度高，可实现一定的重复精度。刀尖位置的变化在工件精度允许范围内，保证了加工精度的一致性。刀片夹紧可靠，在切削力的冲击、振动和切削热的作用下刀片不松动。刀杆转位方便。当刀片需要更换或转位时能快速实现。机夹刀设计为前角γ = -4°、刃倾角λ = - 4°。能抗击较大的切削力冲击，使切削刃有足够的强度，保护了刀尖，避免了刀具崩刃。为使刀具的主切削刃能适应加工线段的变化需要，选用刀片形状55°菱形、7°法向后角、单面有V型断屑槽的国标通用刀片，保证了切削过程中切屑的自动卷屑和平稳曲线加工。提高了刀尖强度，易于实现标准化、系列化。设计为螺销压紧式结构。螺钉通过沉孔刀片孔夹紧刀片，结构简单，零件少，定位精度高，刀刃转位重复精度高，容屑空间大。根据被加工零件的材料，并考虑切削过程中刀刃的磨损，选用TIC+Al2O3+TIN复合涂层刀片，减少切屑与刀具的磨擦，在高温切削条件下，仍能保持其高硬度及良好的抗氧化性，从而提高了刀片的使用寿命，降低了零件的表面组极度。在TiC硬质合金中加入TiN，可使刀片的导热性和抗崩刃性大大提高。

三、结束语

刀具的使用，使得钻具内、外飞边都可以在车床上车削完成，加工精度得到提升，有效地满足了产品的工艺要求；钻具内飞边采用车削工艺去除，所用时间比原来的手工磨削缩短90%以上，提高了生产效率；新型刀具材料的使用，提高了刀具的耐用度，降低了生产成本。大大的降低了劳动强度，减少了噪音与粉尘污染，改善了职工工作环境。

论文作者:刘震

论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第26期

论文发表时间:2018/12/15

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