接管嘴加工工藝與小孔徑鏜刀切削分析

■ 中航工業(yè)航宇救生裝備有限公司 （湖北襄陽(yáng) 441002） 文根保 文 莉

■ 澳大利亞悉尼大學(xué) 史 文

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接管嘴是用30CrMnSiA材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，再通過(guò)機(jī)械切削加工制得的零件。特別是在鏜φ13mm和φ12mm兩孔時(shí)，由于孔徑較小不易排屑而出現(xiàn)了崩刃、振刀和讓刀現(xiàn)象。加工者只能疲于磨刀，嚴(yán)重地影響了接管嘴的加工和質(zhì)量。經(jīng)過(guò)對(duì)加工過(guò)程的觀(guān)察和分析，找到了問(wèn)題的主要原因出自鏜刀排屑方向的控制。經(jīng)將鏜刀的刃傾角從0°調(diào)整為5°后，改變排屑方向，又加粗了鏜刀桿的截面積，以及將鏜刀桿調(diào)質(zhì)處理等措施之后，鏜孔加工再不會(huì)出現(xiàn)崩刃的現(xiàn)象，振刀和讓刀的問(wèn)題也得到了有效的解決。

接管嘴的一端是用繩與軟管捆扎后，插入閥門(mén)中起到輸入氣體作用的一種金屬零件，接管嘴另一端有2處30°的斜面，其中一處錐體與φ17+0.18+0mm孔的止口起到密封的作用，以防被充裝備中的氣體外泄。

1.接管嘴性能分析

圖1 接管嘴

接管嘴如圖1所示。由于止口處較鋒銳，很易被磨損和碰撞后產(chǎn)生豁口。所以，接管嘴采用30CrMnSiA材料，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為30～34HRC。調(diào)質(zhì)后接管嘴有很高的強(qiáng)度和足夠的韌性，淬透性也好，但焊接性能較差。具有良好的可加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好。具有良好的沖擊韌性和塑性，還具有一定的耐磨性。接管嘴切削時(shí)因含鉻元素，所以易出現(xiàn)黏刀、產(chǎn)生積屑瘤的現(xiàn)象。30CrMnSiA材料接管嘴經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的機(jī)械性能，能夠充分確保其使用要求和壽命。

2.接管嘴加工工藝

鑒于接管嘴的使用要求，采用30CrMnSiA材料且經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，使得接管嘴的機(jī)械切削加工困難，特別是φ13mm×22.5mm和φ12mm兩孔加工變得特別困難。接管嘴加工工藝過(guò)程如附表所示。

3. 改進(jìn)之前接管嘴鏜刀

選用YT5合金刀片，刀桿材質(zhì)為45號(hào)鋼，刀片焊接在刀桿上。YT5性能：在鎢鈷鈦類(lèi)合金中，強(qiáng)度最高，抗沖擊和抗振動(dòng)性能最好，不易崩刀，但耐磨性較差。

接管嘴加工工藝流程表

（1）改進(jìn)之前鏜刀的參數(shù)：如圖2所示，刀具采用10°×5mm的前角，雙重主后角為6°×0.5mm和30°×3mm，雙重副后角為3°×0.8mm和12°×2.5mm，刃傾角為0°。為便于排屑，刀桿的上部須留有較大空間。

（2）加工中出現(xiàn)的問(wèn)題：很容易崩刀，加工者幾乎整天在磨刀，無(wú)法正常完成生產(chǎn)任務(wù)。加工過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)振刀現(xiàn)象，孔壁上留有明顯的振刀紋，甚至能明顯感覺(jué)到刀桿的振刀。刀具加工時(shí)還會(huì)出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，導(dǎo)致兩孔出現(xiàn)一定的錐度。

4.接管嘴鏜刀切削分析與改進(jìn)措施

針對(duì)改進(jìn)之前的鏜刀所出現(xiàn)的問(wèn)題，經(jīng)觀(guān)察和分析，問(wèn)題產(chǎn)生的原因如下。

（1）改進(jìn)之前鏜刀出現(xiàn)的問(wèn)題分析：如圖3a所示，由于刃傾角為0°，前角為10°，雖然都采用了雙重主副后角，加強(qiáng)了鏜刀1的強(qiáng)度，但所產(chǎn)生的切屑2和經(jīng)熱處理產(chǎn)生的鐵銹粉塵3，由刀具的前面背向走刀方向經(jīng)已加工孔中排出。加工余量的金屬經(jīng)刀具切削時(shí)，對(duì)金屬晶格切割所產(chǎn)生的劇烈摩擦熱，使得切屑2發(fā)藍(lán)變脆。加上切屑2體積的成倍擴(kuò)大，使得斷裂切屑撞擊著刀刃，合金刀片本身十分性脆，極易造成崩刃。鉆孔時(shí)，孔與外圓的加工本來(lái)就存在著偏心問(wèn)題，加上鏜孔時(shí)以外圓的二次裝夾又出現(xiàn)了偏心，造成鏜孔余量出現(xiàn)較大的變化。而刀桿為了增大排屑空間其截面積不得不減小，這樣刀桿必會(huì)出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，孔出現(xiàn)錐度是十分自然的事情。刀桿截面積小，產(chǎn)生振刀現(xiàn)象也就是情理之中的事情了。由此看來(lái)，問(wèn)題的關(guān)鍵是由排屑的流向所造成的。

（2）改進(jìn)之后鏜刀切削分析：如圖3b所示，既然問(wèn)題是由排屑的流向所造成的，如果排屑的流向與走刀方向一致，使得排屑從孔的待加工面中與卡爪間隙中排出。切屑5就不存在撞擊刀刃的現(xiàn)象發(fā)生，刀刃便不會(huì)崩刃。這樣刀桿就可以加粗，僅需要有排出鐵銹粉塵3的空間即可。加粗了刀桿就不會(huì)出現(xiàn)讓刀和振刀現(xiàn)象，這樣接管嘴4孔的錐度和振刀紋也就消失了。

5.改進(jìn)后的接管嘴鏜刀參數(shù)與刃磨

排屑要求：切屑必須是呈短段狀卷屑，從旋轉(zhuǎn)的卡爪間隙中甩出為最佳效果。切屑的溫度很高，如是斷屑或長(zhǎng)條卷屑，從卡爪間隙甩出易燙傷人。如何控制短段狀切屑從卡爪間隙中甩出，就是接管嘴鏜刀刃磨成敗判斷的條件。

（1）改進(jìn)后接管嘴鏜刀參數(shù)：要改變排屑方向，刀具幾何參數(shù)就必須采用正刃傾角。正刃傾角除了能改變切屑的流動(dòng)方向，還能增加刀具楔角，使得切削壓力中心后移而提高刀尖的強(qiáng)度。改進(jìn)后接管嘴鏜刀參數(shù)如圖4所示。刃傾角為5°，雙重前角分別為5°和12°，雙重主副后角均為3°和8°，主副偏角均為2°，雙重前后角都是為了增加刀具的強(qiáng)度?？紤]到刀片沒(méi)有了切屑的撞擊不會(huì)崩刀，為了提高刀具壽命，需要采用耐磨性更好的YT14合金刀片。刀桿也需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度為30～34HRC，以防刀桿被磨損。這些措施的采用，使刀具可連續(xù)使用一月整，中間可用油石修理前后角數(shù)次，直至刀片無(wú)法修理為止。

圖2 改進(jìn)之前的鏜刀

圖3 接管嘴改進(jìn)前后鏜刀切削問(wèn)題分析

圖4 改進(jìn)后的接管嘴鏜刀參數(shù)

（2）鏜刀的刃磨：改變排屑方向除了與鏜刀參數(shù)密切相關(guān)，還與鏜刀刃磨相關(guān)。鏜刀刃磨應(yīng)分成粗磨和精磨，粗磨在砂輪機(jī)上進(jìn)行，精磨應(yīng)在工具磨上進(jìn)行。精磨主要是解決前面和R1mm以及其他角度的刃磨。若前面長(zhǎng)度尺寸＞5mm和刃傾角小了，則易產(chǎn)生長(zhǎng)條卷屑；若R＞1mm，則容易產(chǎn)生斷屑。因此，在工具磨上精磨鏜刀時(shí)，要先修整砂輪，砂輪直角處要修成R1mm。

（3）切削用量的選擇：如果刃磨的鏜刀不能切削出短段卷屑，那只能加快走刀速度以迫使切屑達(dá)到一定的長(zhǎng)度后自行甩斷?；蛳如Mφ13mm孔，后鏜φ12mm孔，加大切削余量迫使其自行斷裂。由于孔徑較小，車(chē)床主軸轉(zhuǎn)速不可太低，否則會(huì)導(dǎo)致切削線(xiàn)速度低，一般主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)在900r/min。

6.新型刀具的出現(xiàn)

由于現(xiàn)在出現(xiàn)了一些新型硬質(zhì)合金和表面噴涂技術(shù)，如鎢鈦鉭（鈮）類(lèi)硬質(zhì)合金，主要是由碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（或碳化鈮）及鈷組成。如YW1，紅硬性較好，能承受一定的沖擊負(fù)荷，是一種通用性較好的合金，適用于耐熱鋼、高錳鋼和不銹鋼等難加工鋼材及普通鋼和鑄鐵的加工。碳化鈦涂層刀具的基體是鎢鈦鈷硬質(zhì)合金，表面碳化鈦涂層的厚度不過(guò)幾μm，但與同牌號(hào)的合金刀具相比，使用壽命延長(zhǎng)了3倍，切削速度提高了25%～50%。

7.結(jié)語(yǔ)

具有高強(qiáng)度和足夠韌性接管嘴的兩小直徑孔的加工，因采用了5°刃傾角改變排屑方向，切屑從孔的待加工面排出，避免了崩刃。同時(shí)可加粗鏜刀的截面積，又可消除振刀和讓刀現(xiàn)象。通過(guò)鏜刀在工具磨床上的精磨，控制了刀具參數(shù)和尺寸，再配合切削參數(shù)和進(jìn)刀量調(diào)整，獲得了接管嘴最佳加工狀態(tài)。鏜刀還可以采用新型合金刀片或在YT5合金刀片噴涂碳化鈦涂層，可進(jìn)一步提高鏜刀使用壽命。