紫銅防爆錘橢圓錐孔的高效加工工藝技術(shù)研究

張麗，秦運(yùn)動(dòng)

(宿遷學(xué)院，江蘇宿遷223800)

防爆錘是主要的擊打類(lèi)防爆工具。通過(guò)對(duì)各種工件的擊打，以實(shí)現(xiàn)防爆錘不同的作業(yè)目的。紫銅可以作為防爆錘的材料是由于紫銅的良好導(dǎo)熱性能以及幾乎不含碳的特質(zhì)，使工具和物體在摩擦或撞擊時(shí)，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量會(huì)被吸收及傳導(dǎo);另一方面，紫銅本身相對(duì)較軟，摩擦和撞擊時(shí)具有良好的退讓性，不易產(chǎn)生微小金屬顆粒，幾乎看不到火花，所以，此防爆工具又被稱(chēng)為無(wú)火花工具。防爆錘在一些特殊的工作場(chǎng)所，特別是對(duì)于安全性要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)所里，起到了非常重要的作用。如石油、石化行業(yè)、燃?xì)庑袠I(yè)、礦山采礦、軍工制造及電工行業(yè)等工作場(chǎng)所由于日常維護(hù)中容易產(chǎn)生引發(fā)安全事故的火花，因此在這些場(chǎng)所里應(yīng)該使用防爆錘來(lái)提高安全系數(shù)。

紫銅橢圓錐孔的防爆錘，錘頭材質(zhì)為紫銅，錘柄材質(zhì)為高級(jí)纖維柄或塑料，錘頭與錘柄采用橢圓錐孔聯(lián)結(jié)，采用合適的錐度可以使產(chǎn)品成形后不易出現(xiàn)錘頭與錘柄脫離的現(xiàn)象，提高了銅錘的使用安全性并增加適用壽命。在連續(xù)快速使用中均能確保安全，沖擊、摩擦、落錘均不產(chǎn)生火花爆炸。在實(shí)際工況使用中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 橢圓孔的加工方法

(1)銑床上采用鏜刀加工

在圓柱體上用一平面以某一斜角對(duì)其截切，所得的截面為橢圓，如圖1所示，根據(jù)此原理，只需圓形工件回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與刀具切削點(diǎn)旋轉(zhuǎn)平面調(diào)整成一夾角α(D1橢圓短軸長(zhǎng)度;D2橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度)即可加工出所需要的橢圓孔［1］。

圖1 橢圓孔加工示意圖

cosα=D1/D2

在工業(yè)應(yīng)用中，加工橢圓孔主要采用在銑床上使用鏜刀進(jìn)行加工。其加工原理是:首先將工件安裝在工作臺(tái)上，使橢圓孔的軸心線(xiàn)與工作臺(tái)面垂直，橢圓孔的端面用銑刀銑平，使橢圓孔的軸心線(xiàn)和主軸軸線(xiàn)平行;接著選擇直徑合適的鏜刀桿安裝在立銑頭主軸錐孔里，將橢圓孔鏜到(D2－ n)(n 為精鏜余量，其值可根據(jù)實(shí)際情況確定);然后調(diào)整鏜刀刀尖的回轉(zhuǎn)直徑等于橢圓軸的長(zhǎng)徑，并將立銑頭轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度α，即它的軸心線(xiàn)與工件孔的軸心線(xiàn)成α 角，α =arccos(195/205)=17°59'，所以立銑頭應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)17°59';最后使鏜刀旋轉(zhuǎn)工件垂直進(jìn)給，便可以加工出合格的橢圓孔。在實(shí)際鏜削加工過(guò)程中，切向力偏離中心線(xiàn)產(chǎn)生了一個(gè)力臂(從鏜桿中心線(xiàn)到受力點(diǎn)的距離)，從而形成一個(gè)力矩，它會(huì)使鏜刀相對(duì)其中心線(xiàn)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。徑向力的作用方向垂直于刀桿中心線(xiàn)，將鏜刀推離被加工表面。因此鏜桿受到切向力與徑向力合力的作用而發(fā)生彎曲變形，從而影響橢圓孔的加工精度。另外，鏜削加工中，橢圓孔的深度不能過(guò)長(zhǎng)，否則傾斜的鏜桿會(huì)和工件相碰。

(2)橢圓形錐孔的數(shù)控銑削加工。

加工工件如圖2所示。

圖2 紫銅防爆錘頭零件簡(jiǎn)圖

數(shù)控加工橢圓錐孔分析

根據(jù)橢圓近似作圖原理(圖3)，已知OA =AB/2 =D/2，OC=CD/2 = d/2，并作CF = OA－ OC，以及AF 的垂直平分線(xiàn)ME，通過(guò)下列計(jì)算求出長(zhǎng)軸端圓弧半徑R小和短軸圓弧半徑R大。

OA=AB/2 =D/2

在直角三角形AOC 中;控編程，即在滿(mǎn)足允許編程誤差的前提條件下，用若干直線(xiàn)段或圓弧段分割并逼近給定的曲線(xiàn)，然后計(jì)算出每段直線(xiàn)段或圓弧段起點(diǎn)、終點(diǎn)及半徑，再編程進(jìn)行加工［2］。

tan∠CAO=OC/OA;∠ACO=90°－∠CAO

在直角三角形AGH 中;

R小=AH=AG/cos∠CAO

在直角三角形CGE 中;

R大=CE=CG/cos∠ACO

將工件總孔深除以循環(huán)次數(shù)便可計(jì)算出各層的長(zhǎng)軸、短軸數(shù)值。

為保證加工橢圓的正確外形，一般采用小段直線(xiàn)或圓弧來(lái)逼近橢圓輪廓曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)處理方法來(lái)完成數(shù)

圖3 橢圓的畫(huà)法

2 數(shù)控銑橢圓錐孔工藝

以直徑φ80 紫銅防爆錘頭為例:首先采用銑平面、鉆兩孔，然后利用立銑刀銑削分成橢圓。

(1)銑平面，鉆兩孔

圖4 鉆孔平面圖

(3)立銑刀銑削分層橢圓

銑削分層加工是根據(jù)銑削深度、表面加工質(zhì)量不同來(lái)設(shè)置分層數(shù)目。銑削加工分層(以4 層為例)示意如圖5、圖6所示。

圖5 銑削加工分層示意圖

圖6 分層加工三視圖

分層加工技術(shù)路線(xiàn)實(shí)現(xiàn):

3 加工工藝需注意的幾個(gè)問(wèn)題

(1)鉆削加工時(shí)工件的熱變形:由于鉆頭橫刃的擠壓作用，切屑與排屑溝的摩擦以及散熱條件不好等原因，鉆孔時(shí)所產(chǎn)生的熱量50%進(jìn)入工件，由于紫銅材料熱傳導(dǎo)性較好，工件溫度急劇上升，鉆削加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生夾刀、卡死等情況。因此，在鉆削時(shí)應(yīng)注意切削速度和進(jìn)給量的選擇。(2)基于刀具使用壽命的切削用量?jī)?yōu)化基點(diǎn)與取值范圍:首先以工件工序成本最小或利潤(rùn)率最大條件下的切削用量為基點(diǎn)，向著最大生產(chǎn)率下的切削用量取值;取值范圍是基點(diǎn)至最大生產(chǎn)率下的切削用量的數(shù)值，此范圍內(nèi)的切削用量即視為該加工狀態(tài)下切削用量的優(yōu)化值［3］。

紫銅塑性大、切削變形大、易黏刀，因此銑刀的刃口一定要鋒利，前后刀面表面粗糙度精度要高，高速鋼銑刀前角要大，要用鎢鉆類(lèi)硬質(zhì)合金車(chē)刀前角應(yīng)略小些。在銑削多余部分時(shí)，最好用加長(zhǎng)立銑刀，銑刀直徑要適當(dāng)，不能過(guò)大，加工時(shí)可選直徑20 mm的。順銑時(shí)，吃刀深度不宜過(guò)大，以免發(fā)生啃刀現(xiàn)象。選用的切削速度應(yīng)大，可在30 m/min，切削時(shí)可選用潤(rùn)滑性好的極壓乳化液，充分沖注，以提高表面粗糙度精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

橢圓錐孔數(shù)控程序的編制:根據(jù)上下橢圓的尺寸，合理選擇程序加工中的循環(huán)次數(shù)，在保證加工質(zhì)量的條件下，提高生產(chǎn)效率。采用此法加工出來(lái)的橢圓孔和理論上的橢圓孔相比誤差極小。它具有孔的深度不受限制，橢圓長(zhǎng)、短軸尺寸容易控制，銑削時(shí)平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)。

【1】馬明霞，王勇.萬(wàn)能銑床加工橢圓孔及圓球面的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2008(2):53－55.

【2】李森.宏程序在橢圓銑削加工中的應(yīng)用研究［J］.煤礦機(jī)械，2010(1):118－120.

【3】顧立志，張惠麗，袁哲俊.基于刀具使用壽命的切削用量?jī)?yōu)化［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(2):62－65.

【4】SMID Peter.數(shù)控編程手冊(cè)［M］.3 版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

【5】李偉.先進(jìn)制造技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

【6】何濤.利用FANUC 宏程序加工矩形陣列橢圓孔［J］.金屬加工(冷加工)，2010(12):69－71.