新型可拆卸式端面刀頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)

趙 斌，王寶寶

1.寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電信息學(xué)院，陜西 寶雞 721100

2.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721100

隨著油管產(chǎn)量的增加，油管各刀具的消耗也在增加，特別是油管端面刀頭，損壞率非常高，為了進(jìn)一步降低油管端面刀頭費(fèi)用，急需對(duì)倒角端面刀頭進(jìn)行改造[1]。管體車絲機(jī)刀頭是螺紋加工的重要工裝件，如果刀頭損壞，而未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)造成試樣被劃傷，也會(huì)導(dǎo)致刀頭無法使用，必須返廠維修，費(fèi)用支出較大。在這種情況下，解決螺紋加工過程中刀頭易損壞的問題被提出。為了解決這一問題，經(jīng)技術(shù)人員與維修人員仔細(xì)研究，結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和圖紙測繪，最終確定將管體車絲機(jī)刀頭改造成一個(gè)可拆卸式的結(jié)構(gòu)。改造后的管體車絲機(jī)刀頭裝置，徹底解決了螺紋加工過程中刀頭易損壞的問題，即使出現(xiàn)問題，操作人員也可及時(shí)更換，無須返廠維修，極大地減少了因刀頭無法使用造成的返廠維修所產(chǎn)生的費(fèi)用，將企業(yè)降本增效、精益生產(chǎn)的目標(biāo)落到實(shí)處。

1 現(xiàn)有刀頭裝置存在的問題

常規(guī)的用于螺紋加工的數(shù)控車床，所用的端面刀頭與其內(nèi)倒角處是一個(gè)不能拆卸的整體[2]。在加工過程中如果出現(xiàn)打刀的情況未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，輕者劃傷管胚，在數(shù)控車床加工油管時(shí)，突然發(fā)生打刀，刀臺(tái)裝置將帶動(dòng)刀頭繼續(xù)沿原來路徑運(yùn)動(dòng)；嚴(yán)重者將導(dǎo)致整個(gè)刀頭報(bào)廢，不僅會(huì)給加工的零件帶來損傷，還給生產(chǎn)企業(yè)帶來重大損失。

2 新型可拆卸端面刀頭裝置

由于普通的刀頭和刀臺(tái)是一體的，如果刀頭打了就會(huì)造成很大的損失。因此考慮將刀塊和端面刀制成可拆卸的[3]，刀塊與端面刀頭之間用螺柱連接。通過研究，重新設(shè)計(jì)了油管倒角端面刀頭的結(jié)構(gòu)，使刀座面變?yōu)榭刹鹦兜陌惭b面，這樣一來，即使倒角端面刀的刀座面遭到磨損破壞，也不用更換整個(gè)刀頭，直接對(duì)刀座面進(jìn)行更換即可使刀頭重新使用[4]。用CAD繪制改裝后的端面刀臺(tái)的圖像主視圖如圖1所示，俯視圖如圖2所示，左視圖如圖3所示。

圖1 端面刀臺(tái)主視圖

圖2 端面刀臺(tái)俯視圖

圖3 端面刀臺(tái)左視圖

3 建立新型端面刀頭的數(shù)字化樣機(jī)

數(shù)字化樣機(jī)是對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品建造三維模型，并且進(jìn)行仿真分析，然后根據(jù)方針的結(jié)果，再對(duì)數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行建模仿真，如此循環(huán)的仿真修改，最終得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)[5]。這樣的設(shè)計(jì)避免了反復(fù)制造的麻煩，從而縮短了研發(fā)產(chǎn)品的周期，降低了成本，提高了研發(fā)的效率。端面刀頭三維模型如圖4所示。

圖4 端面刀頭三維模型

分別用改裝前和改裝后的刀具加工J55、N80和P110個(gè)鋼級(jí)的試樣，得出刀具的使用壽命和加工精度[6]如表1所示。

由表1可知，對(duì)比改裝前的刀頭，新型的端面刀頭加工試樣的成材率、光潔度、刀具壽命（可加工件數(shù)）和螺紋加工的效率都有不同程度的提高。

表1 J55、N80和P110試樣加工結(jié)果數(shù)據(jù)表

4 結(jié)束語

經(jīng)過改裝后的刀頭，在實(shí)際的切削中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)從年消耗72件降低到7件。油管倒角端面刀頭費(fèi)用為7948元/件，倒角端面刀座費(fèi)用為1000元/件，每月平均使用6件，可為分廠年節(jié)省50.0256萬元，且改造后的油管端面刀頭加工參數(shù)符合API[7]5B及5CT標(biāo)準(zhǔn)要求。改裝后的刀頭加工試樣的成材率、光潔度、刀具壽命和螺紋加工的效率都有不同程度的提高。