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摘要：汽轮机是火力发电、冶金工业、化学工业及舰船动力装置中常用的动力设备，需要安装数量庞大的、多规格的高温高压螺母，其主要形式为内六方通孔螺母和内六方盲孔螺母。六方对边尺寸一般在27-65之间，就目前加工方式而言，普遍采用线切割加工通孔内六方和电火花加工盲孔内六方或者采用插削加工工艺，但是上述工艺加工效率低，往往采用购置数台机床同时加工以满足市场需求。由于汽轮机特殊工况，内六方尺寸、精度以及粗糙度要求较高，一般不采用热冲六方或冷挤压六方工艺，以免对螺母产生应力或者晶粒粗大导致强度降低。因此在保证内六方尺寸及光洁度的前提下怎样提高内六方加工效率的课题尤为重要和突出。未解决这一问题，本文分析了内六方车削加工的可行性，并通过实例验证车削加工的内六方，其尺寸公差、光洁度等指标均高于采用线切割、电火花、插削加工出的内六方，而且加工速度是上述传统工艺的3倍以上。鉴于此，本文就针对六方孔车削工艺进行深入分析，希望能为六方孔快速加工提供有效参考依据。
关键词：六方孔；车削；研究与分析
目前六方孔加工工艺有多种，本文从传统加工工艺进行展开和分析，剖析相关工艺优缺点。在机加工领域，车削加工是一种普遍性且能实现快速加工的实施工艺，较其它机床相比，车床市场占有率最广，操作人员易上手，但是车床无法直接加工出异型孔。基于此，为提高车削效率，提出在车床上设计安装一个加工装置，能实现异型孔的车削，尤其是六方孔的加工。
1 六方孔加工传统工艺
1.1线切割、电火花加工工艺
工件内六方孔为通孔形式，可以选择线切割穿丝加工；工件内六方为盲孔形式，可以选择电火花加工，它们都属于电加工范畴，是利用电火花的瞬时高温使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀形成所需求的形状。加工完成的零件表面为电腐蚀后的细小麻点，非光滑面。采用这种方式加工效率低，比如加工对边尺寸65的内六方盲孔工件，加工深度35，采用电火花加工需要2h，故而加工成本高，而且需要车间购置多台机组进行加工。该工艺适合零散件加工，且光洁度要求不高的情况，图1为线切割样品光洁度。
图1
1.2红冲、冷挤压加工工艺
红冲工艺为热挤压加工，冷挤压工艺为常温挤压加工，都是采用锻压机将金属坯料置入对应模具内进行冲压，迫使金属坯料在模腔流动形成所需形状。该工艺技术成熟，但是受制于压力机床，不同规格产品所需压力不同，对应最经济的压力机型号也不同，需购置多台机床，因此并非机加工厂都备有对应锻压机设备。而且对金属材料的延伸率、硬度、抗拉强度等指标均有要求，冲压的压力非常大，成形表面有鱼鳞纹，会产生残余应力，同时操作冲床具有一定危险性。许多领域的精密异形孔产品明确成形工艺不得采用冲压工艺。
1.3旋转拉刀加工工艺
旋转拉刀是利用规则的拉刀冲头（四方形、六方形、梅花形）等安装在车床或者钻床上旋转加工成形，所需成形冲头以一个特定倾角安装在刀柄主体上，机床主轴转动时，冲头形成旋转运动和摆动运动两个运动，两个运动合并且在机床不断进给作用下，最终形成冲头所需形状。该工艺一般适用于对边尺寸20以内，硬度值HB260以下的产品，且往往在孔底会存留残余材料，若规格增大，硬度增高，该工艺不能直接加工，需要先钻内切圆，然后用数控加工中心将各角去除余量剩余至1mm，然后再用旋转拉刀加工，不仅生产成本增加，而且刀具损耗较高，并不能适用于汽轮机相关大规格六方孔螺母的批量加工，见图2。
图2
1.4插削加工工艺
插削加工是插刀相对工件往复直线运动，工件做进给运动加工形成多边形孔，适用于通孔和盲孔加工，插削的效率和精度不高，不适合批量生产，适合单件或小批量生产加工，见图3。
图3
1.5瓦特钻加工工艺
瓦特钻也称方孔钻，是通过勒洛三角形原理用旋转的多刃刀具切割多边形孔，需要具备多边形钻头、钻模、钻头夹具三种工具，适合于在铸铁、铸铜等脆性材料上钻削精度不高的方孔，且需要根据加工孔规格确定钻模尺寸。
图4
2 六方孔车削新工艺
六方孔车削加工是在利用普通车床普及率高、加工效率高的优势，通过增加一套辅助加工装置来实现六方孔成形，见图5。其采用普通车刀配套普通车床、数控车床均可完成车削六方孔动作，效率高，光洁度好，适用范围广。
图5
该装置可固定在机床中拖板上，并通过导向杆与卡盘相连，可实现机床主轴回转时带动导向杆以及装置随转。通过分析下图6，六方孔为规则形异型孔，0-1距离和0-3距离均表示原点到六边形角的距离，且为相等的最远距离，0-2距离表示原点到六边形单边最短距离。即单个六方孔含有6条原点到角的最长直线以及含有6条原点到边的最短直线。当以原点为中心，从位置1按照1°以及六边孔边均匀前进至位置2和位置3，会发现从位置1到位置2的距离原点的时时距离与从位置2到位置3的距离原点的时时距离是相反的，且对应原点距离均为对称，该对称适用于整个六方形。基于此，当车床加工六方孔时，需满足当主轴转动1圈时，夹持工件也随之转动1圈，车刀刀尖应沿六方孔边往复运动6次，比如从位置1到位置3为往复1次。
图6
依据以上规律，我们可测得从位置1到位置2的每1°距离，并且该距离数据在往复运动的过程中是一致的。因此我们加工六方孔所需动作为：工件做旋转运动，车刀做往复运动，往复距离为从0-1到0-2的每1°已测距离。如下图7为该装置示意图，通过实例验证采用该原理加工六方孔的可实施性和可操作性。
图7
基座与机床中拖板相连并固定，基座内设置可自转齿圈，齿轮轴与齿圈啮合，设计减速比为6，齿轮轴前端安装模轮，车刀固定在刀柄上并随刀柄一起沿着模轮的内部曲线实现往复动作6次，模轮的内部曲线各点到齿轮轴中心的距离等于六方孔边上各点到其中心的距离，从而实现了六方孔车削成形。经试验对边尺寸为65，深度为35的六方孔采用车削加工，设定主轴转速80r/min，进给量1.5，所需加工时间20min，车削纹路光洁度达到6.3。而同样六方孔采用电火花加工则需要2h，加工效率提高6倍，见图8。
图8
3 结语
通过车削工艺加工六方孔，与传统加工工艺相比，实现了加工效率的提高，光洁度的提高。根据该原理，利用普通车床市场占有率广的优点，安装车削异形孔装置，更改装置内齿圈与齿轮轴的减速比，能够实现四方孔、八方孔、梅花形等异形规则孔的快速加工。无论是汽轮机行业内六角螺母，螺栓，煤矿行业用插接六方钻杆等产品，采用车削加工工艺都具有普遍的推广和实际应用意义。
参考文献：
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[3]乐克谦.金属切削刀具[M].机械工业出版社，2011.
论文作者:张跃普
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：六方论文; 加工论文; 距离论文; 工艺论文; 光洁度论文; 电火花论文; 工件论文; 《基层建设》2018年第6期论文;