90度彎頭內孔加工方法的研究

王景奕，高 霄

(長春理工大學 機電工程學院，長春 130022)

0 引言

出于航空航天、國防科技、新能源、精密機械等前沿技術的迫切要求，對各種流體輸送管路的精度要求越來越高，尤其是對管路彎曲處的連接件——各種角度的彎頭內表面的加工精度要求越來越高。然而，目前國內外所能生產的彎頭內孔粗糙度較高，圓度及平整度較低。由于鏜床和車床本身的結構功能和彎頭內孔有限空間的限制，不能對彎頭的彎曲內孔進行加工［1］。雖然目前數控機床可以實現復雜曲面的加工，但是同樣由于有限空間的限制，也無法實現90度彎頭內孔的加工。例如:法國僅僅能夠對50度彎頭采用數控機床切削加工的方式，且得到的是非標準彎曲圓柱面。

0.1 目前鑄造彎頭及壓制彎頭加工方法

目前，鑄造彎頭及壓制彎頭在國內都無法實現其彎曲內孔的加工，只能進行人工打磨，方法如下:(1)由彎頭毛坯劃出其彎曲曲率半徑中心線，在其兩端找正圓線且水平找正圍線;

(2)按照上一步的劃線，在立車上車削其外圓，留下一定余量從而進行打磨平整。

(3)以上一步打磨光滑的外圓為基準，劃出彎頭的內外圓經緯網格線，并標注記號。

(4)測量其內外圓網格交叉點的壁厚，并以表格記錄測量結果。

(5)按照測量結果與理論壁厚計算各點的磨削量，并將其以表格形式記錄。

(6)按照表格數據，使用手電鉆鉆出打磨基準并留出余量。

(7)按基準對各點進行打磨，使用粗磨樣板進行對比，保證其平整度及圓度的同時保證厚度。

(8)對(3)-(7)步反復操作，直至達到設計要求為止。

0.2 目前鑄造彎頭及壓制彎頭加工方法缺點

4.城鄉(xiāng)居民基本醫(yī)療保險。參保個人繳費采取銀行托收方式，社保機構與各類商業(yè)銀行簽訂托收城鄉(xiāng)居民基本醫(yī)療保險費協(xié)議，簽約銀行從參保人員銀行賬戶中按戶托收個人應繳納的基本醫(yī)療保險費，并轉存到社保機構指定的專用戶頭。在校學生以學校為單位統(tǒng)一組織繳費，由所在學校托收代繳；或通過與銀行簽約從在校學生銀行賬戶中托收個人應繳納的基本醫(yī)療保險費。

上述方法雖然容易描述，但操作十分困難。其方法有以下不足:

(1)彎頭內孔空間尺寸小，難于操作和使力，工作環(huán)境惡劣，加工效率低。

(2)對于磨削性能差的彎頭，容易粘砂輪，使得砂輪壽命降低，新砂輪很快被磨鈍，加工效率很低。

(3)為避免磨削溫度的提高而造成過燒現象，磨削時，加力不可太大且連續(xù)時間不可過長。

(4)彎曲曲面的尺寸精度難于測量和控制。最終的尺寸檢查，難于達到對彎曲內孔圓度、粗糙度、平整度和各點壁厚的要求。

本文所提出的方案能夠對將來90度彎頭內孔的加工提供一定參考。

1 90度彎頭內孔加工方法的提出

在普通車床或鏜床的切削加工中，刀具的切削軌跡是直線的，那么，能否將刀具的軌跡改變成如圖1所示的圓弧曲線。若刀具能夠實現沿該圓弧曲線運動，也就意味著刀桿能夠向彎頭內孔內部延伸。因此，可將刀桿設計成如圖2所示的圓弧形狀，只要保證其彎曲曲率半徑與彎頭的彎曲半徑相等，就能夠實現刀桿在彎頭內孔中的延伸(如圖3、圖4所示)。

圖1 刀具軌跡示意圖

圖2 刀桿形狀示意圖

圖3 刀桿運動示意圖1

圖4 刀桿運功示意圖2

2 90度彎頭內孔加工方法具體描述

(1)將刀桿設計成圓弧彎曲形，在其一端安裝刀具，另一端連接動力設備;并在刀桿內部設置傳動機構;

(2)將彎頭坯件和刀桿安放在同一工作臺面上，并通過保證回轉臺的回轉中心與工作臺面中心重合，實現彎頭和刀桿的彎曲曲率中心重合;

(3)選擇落地機床為動力設備時，將彎頭坯件安裝在工件回轉臺上，隨回轉臺一起轉動，實現切削的進給運動，如圖5所示。

(4)選擇電動機等輕型、易移動設備作動力源時，將刀桿安置在回轉臺上，實現切削的進給運動，如圖6所示。

圖5 90度彎頭內孔加工方案1

圖6 90度彎頭內孔加工方案2

方案中回轉臺的回轉通過其傳動機構實現，它的設計不受具體空間的限制，因此，本方案的難點在于圓弧形刀桿內部傳動機構的設計;

3 刀桿內部傳動機構設計實例

某工程中，國家標準長半徑90度彎頭如圖7所示。其彎曲半徑為762mm。其外徑為508mm。彎頭壁厚為16mm(厚度等級Sch40)。材料為球墨鑄鐵。加工方式:鏜削。

3.1 設計過程

(1)由工件的材料，選用合適的刀具，由切削三要素，計算出切削力并估算出切削功率［2-3］;

圖7 長半徑90度彎頭

(2)根據工件孔徑尺寸，確定刀桿外徑尺寸，估算刀桿最小壁厚。然后，擬定傳動方案(由于空間的限制和傳動的平穩(wěn)性要求，選用齒輪傳動)，由傳動效率和切削功率計算出傳動機構的輸入功率，選取合適的電機;

(3)綜合考慮彎頭內孔的空間限制和傳動零件的強度要求，正確的擬定傳動比，按照機械設計相關知識設計出合理的傳動機構;

(4)設計“刀桿箱體”的具體結構(包括刀桿的截面形狀、刀桿壁厚、軸承支承、連接零件等等)。

3.2 齒輪傳動方案

使用如圖6所示90度彎頭內孔加工方案2，刀桿內部采用如圖8所示的齒輪傳動方案，最終設計結果如圖9所示:

圖8所示的傳動方案對Li和Ai

圖8 刀桿內部傳動方案

圖9 刀桿內部齒輪傳動

(1)各齒輪的嚙合中心距A1+A2+A3+A4+A5≥工件內孔的曲率半徑R762+動力設備所需尺寸;

(2)軸向上各齒輪間距L1+L2+L3+L4+L6(刀具安裝尺寸)≥R762，便于動力的輸入。

注意:傳動機構隨著彎頭的材料、內孔孔徑、精度要求等及刀具的材料、刀具參數的不同而變化。

4 結語

出于前沿科技對高精度彎頭的迫切需求，本文提出通過設計一種圓弧形彎曲的刀桿，并在其內部完成刀具動力傳輸的一種方法，實現對彎頭內孔的加工。為將來彎頭內孔的加工提供一定的參考。

［1］徐盛林.彎曲孔加工技術及新方法［J］.現代制造工程，2006(9):82-84.

［2］陳云.現代金屬切削刀具實用技術［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2008.

［3］楊叔子.機械加工工藝師手冊［M］.2版.北京:機械工業(yè)出版社，2011.