171/172數控切斷機床刀具的國產化研制

發(fā)布日期：2012-08-29    蘭生客服中心    瀏覽：2662


1 引言


天津鋼管公司是我國石油套管及接箍無縫鋼管的主要生產企業(yè)。公司八十年代末從美國PMC公司引進兩臺用于切斷加工無縫鋼管的數控專用機床(簡稱171/172切斷機床)。該機床采用主軸帶動刀盤旋轉(即刀具旋轉)、工件靜止不動的加工方式，可避免采用工件旋轉加工方式的普通切斷機床加工時因管子不圓、壁厚不均等因素造成的振動，從而可減少因振動引起的打刀及對機床主軸的損壞。此外，由于加工時管子處于靜止狀態(tài)，減少了裝夾、調整、對刀等工序，從而大大提高了生產效率，保證了加工連續(xù)性，降低了生產成本。







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圖1 切斷刀具安裝示意圖


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圖2 切斷刀具結構圖


171/172切斷機床的刀盤上均布安裝了4把切斷刀(見圖1)。機床工作時，主軸帶動刀盤旋轉，在輸入計算機的加工指令控制下，4把切斷刀同步進刀及退刀，一次完成切斷加工。由于4把切斷刀同時參與切削，即每把刀只承擔總切削量的1/4，因此刀具加工余量小、切削負載輕、使用壽命長。
171/172切斷機床用刀具對相關的刀片、刀體及其附件的精度和互換性要求較高。由于采用定尺寸硬質合金刀片，加工時可實現刀片的快速更換；刀具的結構設計也考慮了在一定范圍內的尺寸可調性，因此一種規(guī)格的刀桿可適用于多種規(guī)格管子(4½”～10¾”)的加工，實現了一刀多用。由于該切斷刀具專用性較強，尺寸精度要求嚴格(平行度、垂直度、平面度誤差均在0.005～0.010mm 范圍內)，對硬度、耐磨性等性能指標的要求也很高，因此該機床投產以來，刀具一直依賴進口，不僅價格昂貴，耗費大量外匯，而且供貨周期長，難以滿足現場生產需要。為此，從1994 年開始我們對切斷機床用刀具進行了國產化研制，并取得了成功。

2 切斷刀具結構及工作條件



  1. 刀具結構及尺寸調整
    切斷刀具的結構如圖2所示。由于171/172切斷機床的加工尺寸范圍較大(4½”～10¾”)，而所用刀具僅有3 種規(guī)格，因此刀具中設計了尺寸調整機構，尺寸的調整通過調整螺釘TA-2938 來實現。調整步驟如下：將刀片置于下刀夾TB-4121 上，通過緊固螺釘3 壓緊上壓板TA-2872，使刀片在下刀夾上夾緊。然后在刀具預調室內將刀具置于圖3 所示的刀具調整規(guī)TE-2665 內并固定好，通過轉動手柄TB-2468，可將調整螺釘TA-2938 調整到所需尺寸，然后緊固螺釘4(見圖2)，壓緊半螺母壓板TA-3058-A，使調整螺釘TA-2938 固定，即完成了加工尺寸的調定。將調定尺寸的4 把切斷刀安裝在切斷機床的刀盤上，即可進行切斷加工。

  2. 刀具工作條件
    工作溫度：常溫；切削速度：200～600ft./min(61～183m/min)；主軸轉速(可調)：100(400)r/min；冷卻液：乳化油；加工時，刀具在刀盤槽內作徑向運動。

3 刀具材料選擇


從進口刀片的使用情況分析，刀片材料為YT系列硬質合金。由刀體的設計結構(刀體厚度為22.6mm，長度為247.25mm，上有6個挖空的槽)可知，如刀具材料選擇不當，熱處理時極易變形，很難達到0.01mm 的平面度設計要求。根據哈爾濱第一工具廠加工類似產品的經驗，經過工藝試驗，最終選定刀具材料為42GrMo。

4 刀具設計及制造工藝



  1. 刀具設計







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    圖3 刀具調整規(guī)


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    圖4 刀具設計圖


    進行刀具設計時，首先對刀具樣品進行測繪，并對現場安裝、使用情況進行調查分析，最后確定設計方案。171/172切斷機床用切斷刀具由刀片、上下壓板、可調整螺栓、半螺母壓板、螺釘及刀具主體組成。刀具設計圖(以4½”～10¾”切斷刀具為例)如圖4所示。

  2. 制造工藝
    由于切斷刀具精度高、外形復雜，凹槽較多，易產生加工變形。因此，在制訂加工工藝時，采取以銑削、磨削為主，每道工序檢查的方法來確保刀具加工精度。切斷刀具的加工工藝流程為：鍛→銑、磨外形→粗銑多槽→調質處理→鉆孔、攻絲→半精銑多槽→精銑各槽到尺寸→半精磨外形→表面滲氮處理→液體噴砂→精磨到尺寸→成品檢驗→包裝入庫。

5 刀具熱處理工藝


根據刀具結構的特殊性及使用要求，對刀具進行熱處理時需先進行調質處理，調質硬度28～32HRC。待半精加工完成后，再進行表面滲氮處理，滲氮層厚度0.4～0.6mm，硬度600～750HV。熱處理后應保證刀具不變形，達到設計精度要求。

6 結語


5年多的裝機使用證明，171/172數控切斷機床用國產化切斷刀具的尺寸精度、表面硬度、耐磨性、耐用度等性能指標均已達到國外同類產品水平，并在生產中完全替代了進口刀具。與進口刀具相比，國產刀具在供貨周期、采購價格等方面均有較大優(yōu)勢(見表1)。切斷刀具國產化的成功保證了天津鋼管公司的生產需要，縮短了刀具供貨周期，降低了加工成本，為公司節(jié)省了大量外匯。


















表1 進口刀具與國產刀具比較
  供貨周期 使用壽命 采購價格
進口刀具 6～8 個月 3～6 個月 1500 元人民幣/把
國產刀具 2～3 個月 3～6 個月 700 元/把

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