錨夾片以車(chē)代磨工藝及其參數(shù)的研究

陳藝玲 盧劍峰

摘 要： 錨夾片的以車(chē)代磨工藝開(kāi)發(fā)，一經(jīng)研究成功即大量推廣應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力行業(yè)，節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本，產(chǎn)生了非常顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本文通過(guò)對(duì)其理論分析進(jìn)行總結(jié)，希望對(duì)今后有這方面研究應(yīng)用的技術(shù)人員有個(gè)參考借鑒作用。

關(guān)鍵詞： 錨夾片；以車(chē)代磨

0、引言

國(guó)內(nèi)錨夾片的外錐粗糙度要求較高，一般為Ra1.6。2007年以前，國(guó)內(nèi)的錨夾片都是使用磨床進(jìn)行外錐的磨削加工，作為行業(yè)龍頭的柳州歐維姆公司，早在90年代就開(kāi)始研究錨夾片的以車(chē)代磨工藝，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，終于2007年成功開(kāi)發(fā)了錨夾片的以車(chē)代磨工藝及裝備。

錨夾片的以車(chē)代磨工藝，通過(guò)使用高速精車(chē)代替磨削，工序集成度高，以?shī)A片內(nèi)孔和大端端面定位，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外表面的一次裝夾加工，夾片的尺寸精度高，外觀美觀，一致性好，而且加工過(guò)程采用停機(jī)裝卸料，安全性比磨削好，試驗(yàn)性能符合國(guó)家及行業(yè)相關(guān)規(guī)范要求，經(jīng)過(guò)近10年的逐步應(yīng)用驗(yàn)證，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，已經(jīng)替代了磨削夾片，國(guó)內(nèi)絕大部分預(yù)應(yīng)力企業(yè)都更換設(shè)備使用了該工藝，節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本，產(chǎn)生了非常顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

要保證質(zhì)量又要兼顧經(jīng)濟(jì)性，該工藝最關(guān)鍵的是加工參數(shù)，之前的研究很多就是失敗于此，本文對(duì)錨夾片以車(chē)代磨參數(shù)的理論計(jì)算進(jìn)行分析總結(jié)，以期為有需要進(jìn)行以車(chē)代磨工藝改進(jìn)的技術(shù)人員提供參考借鑒。

1、工藝簡(jiǎn)介

多年來(lái)，錨夾片內(nèi)外錐加工工藝路線(xiàn)一直如下：

……→車(chē)外錐→磨外錐→車(chē)倒角→攻絲→……

該工藝路線(xiàn)工序多，設(shè)備、人員、占地投入都較大，成本高，且存在安全隱患：車(chē)床使用不停車(chē)裝夾夾片、磨外錐時(shí)夾片容易飛出打傷工人。

在國(guó)外，錨夾片以車(chē)代磨工藝早有應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)要使用該工藝的前提是要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此必須要研究符合使用條件的設(shè)備、工裝及工藝參數(shù)。

使用以車(chē)代磨后的工藝路線(xiàn)如下：……→車(chē)（以車(chē)代磨）→攻絲→……

2、刀具的選擇及加工參數(shù)的確定

涂層硬質(zhì)合金在高溫時(shí)，刀面上能形成氧化保護(hù)膜，它能減少與加工表面的摩擦系數(shù)，有較高的抗粘結(jié)能力，能有效的抑制積屑瘤和鱗刺，而且能滿(mǎn)足較高切削速度時(shí)的高壽命要求，所以錨夾片以車(chē)代磨首次試刀時(shí)選用了硬度較高、耐磨的涂層刀片。

根據(jù)分析，夾片表面粗糙度達(dá)到設(shè)計(jì)要求為Ra1.6，選用了型號(hào)為CNMG160408的修光刃刀片，刀具的參數(shù)為Rε=0.8mm，Kr=95°，Kr=5°。該刀片為三角形刀片，可兩面加工，有 6個(gè)刀尖可用，經(jīng)濟(jì)性較好。

在普通CJK6140數(shù)控車(chē)床的最高轉(zhuǎn)速為1600r/min下，選用150mm/min的進(jìn)給速度，進(jìn)給量為0.094mm/r，切削深度hD=0.5mm，計(jì)算有：

f≤2RεsinKr′=0.139mm/r

Rmax≈f2/8Rε=0.0942/6.4=1.37μm

該刀片具有負(fù)前角的修光刃，所以實(shí)際車(chē)出的Rmax經(jīng)測(cè)量在0.6～1.0之間。而且在1600 r/min的轉(zhuǎn)速下，夾片錐面的切削速度范圍為1.5m/s1.6m/s ）。

因此，要保證粗糙度合圖，夾片小端的Vc應(yīng)大于1.6m/s，則主軸的轉(zhuǎn)速最少要達(dá)到Vc/πR=1698r/min，但此轉(zhuǎn)速僅能滿(mǎn)足150 mm/min的進(jìn)給速度，加工效率太低，刀片的經(jīng)濟(jì)性也差。

按夾片粗車(chē)的進(jìn)給速度700 mm/min計(jì)算，在選用合金涂層刀具最佳進(jìn)給量0.15mm/r的情況下，主軸轉(zhuǎn)速需要4667 r/min。為此，通過(guò)可無(wú)級(jí)調(diào)速、最高轉(zhuǎn)速為8000r/min電主軸進(jìn)行加工驗(yàn)證，使用刀尖圓弧半徑為1.2的刀片，在4667r/min的轉(zhuǎn)速下，以700 mm/min的進(jìn)給速度加工。我們發(fā)現(xiàn)，此參數(shù)雖可滿(mǎn)足夾片表面質(zhì)量要求，但刀具壽命偏短，不符合批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性要求。為此，通過(guò)優(yōu)化參數(shù)，在進(jìn)給速度降到500mm/min，主軸轉(zhuǎn)速降到3000～3500 r/min后，獲得了滿(mǎn)足夾片以車(chē)代磨要求的較經(jīng)濟(jì)的參數(shù)，該參數(shù)也與理論基本一致。

3、車(chē)床參數(shù)的確定

（1）外圓刀切削力計(jì)算

夾片材料：20CrMnTi 主軸轉(zhuǎn)速：3000～3500rpm 進(jìn)給：500mm/min

刀具：CNMG160412，前角Yo=-6°，主偏角Kr=95°，

刃傾角λs=-6°，倒棱寬by1=0，倒棱角度Yo1=0°， VB=0.4

切削用量：ap=0.5mm，f=0.15mm/r，Vc=5m/s

Kc=1962N/mm2——Kc為單位切削力，根據(jù)材料和材料硬度從相關(guān)手冊(cè)中選取

Kfc=Krfc×Kvcfc×Krfc×Kby1fc×Kvbfc

=1.28×0.95×1.11×1×1.2

=1.62

Kfc為實(shí)際切削條件和試驗(yàn)條件不同時(shí)的總修正系數(shù)

Fc=Kc×ap×f×Kfc=1962×0.5×0.15×1.62=238N——Fc為切削力

（2）槽刀切削力計(jì)算

主軸轉(zhuǎn)速：1500rpm 進(jìn)給：350mm/min 槽刀：前角Yo=+15°，刃傾角λs=0°，倒棱寬by1=0，倒棱角度Yo1=0°， VB=0.4

切削用量：ap=2mm，f=0.23mm/r，Vc=2.2m/s

Kc=1962N/mm2——Kc為單位切削力，根據(jù)材料和材料硬度從相關(guān)手冊(cè)中選取。

Kfc=Krfc×Kvcfc×Krfc×Kby1fc×Kvbfc

=1.03×0.98×1×1×1

=1.0094

Kfc為實(shí)際切削條件和試驗(yàn)條件不同時(shí)的總修正系數(shù)

Fc=Kc×ap×f×Kfc=1962×2×0.23×1.0094=911N——Fc為切削力

（3）主軸功率計(jì)算

最大切削力為切槽時(shí)的切削力911N，故：

Pc=Fc×Vc×10-3=911×2.2×0.001=2kW——Pc為切削功率

Pe=Pc/η=2/0.8=2.5kW——Pe為電機(jī)功率

考慮到系統(tǒng)對(duì)高剛性的需求，以及滿(mǎn)足不同類(lèi)型錨夾片的加工需求，選用功率為3kW的主軸電機(jī)足夠。

（4）車(chē)床選擇

①由于夾片是熱處理前的以車(chē)代磨加工，不同于熱處理后硬車(chē)削對(duì)車(chē)床高剛性和高精度的要求，普通精密級(jí)車(chē)床就可以滿(mǎn)足加工要求，高精度數(shù)控車(chē)床動(dòng)輒幾十萬(wàn)元一臺(tái)的售價(jià)顯然不符合經(jīng)濟(jì)性要求。

②夾片尺寸小，最大尺寸為φ30，小型的數(shù)控車(chē)床即可滿(mǎn)足使用要求。

③根據(jù)理論計(jì)算及試制結(jié)果，以車(chē)代磨的工作轉(zhuǎn)速為3000rpm～3500rpm時(shí)的經(jīng)濟(jì)性最好，故所選車(chē)床最高轉(zhuǎn)速4000rpm左右即可。

④加工外錐、槽、內(nèi)錐需要3把刀，考慮到排刀架比回轉(zhuǎn)刀架效率要高很多，故選用排刀架。

4、結(jié)論

錨夾片的以車(chē)代磨工藝開(kāi)發(fā)，從最初使用價(jià)值幾十萬(wàn)的高精度車(chē)床，上萬(wàn)轉(zhuǎn)速的研究開(kāi)始，到最終10萬(wàn)元左右的小型數(shù)控車(chē)床，3000rpm左右的轉(zhuǎn)速，雖然走了一些彎路，但一經(jīng)研究成功即大量推廣應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力行業(yè)，節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本，產(chǎn)生了非常顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

本文通過(guò)對(duì)其理論分析進(jìn)行總結(jié)，希望對(duì)今后有這方面研究應(yīng)用的技術(shù)人員有個(gè)參考借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]《金屬切削實(shí)用刀具技術(shù)》太原市金屬切削協(xié)會(huì)編；機(jī)械工業(yè)出版社出版.